ДЕПАРТАМЕНТ
ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ
МОСКОВСКИЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ
Методические указания
для
студентов колледжей по выполнению внеаудиторной самостоятельной работы
Специальности:
15.02.08 « Технология машиностроения»
15.02.06 «Монтаж и техническая
эксплуатация холодильнокомпрессорных машин и установок»
23.02.03. «Техническое обслуживание и
ремонт автомобильного транспорта»
Москва
2016 г.
Методические указания для студентов
колледжей по выполнению внеаудиторной самостоятельной работ ( решение
качественных, расчетных и графических задач по физике). / Методические
рекомендации для студентов – М., 2016.-26 с.
Одобрено цикловой комиссией
математических и естественнонаучных дисциплин
Протокол № 1 от 31.08.2016г.
Председатель ЦК_________
Составитель: Мокрова Ирина
Иннокентьевна - преподаватель физики ГБПОУ МТК
Пособие
содержит теоретический материал для самоподготовки студентов по разделу
«Агрегатные состояния вещества. Влажность воздуха» и может быть использовано
преподавателем для выполнения домашних заданий , проведения самостоятельных
работ по теме , осуществления текущего контроля знаний, умений и навыков
студентов , в качестве индивидуальных дополнительных упражнений, а также с
целью самоподготовки студентов к ЕГЭ.
«Физика не является, и
никогда не будет являться законченной книгой. Каждый важный успех приносит
новые вопросы. Всякое развитие обнаруживает со временем все новые и более
глубокие трудности».
Альберт Эйнштейн
ВВЕДЕНИЕ
«Я ... всю жизнь учился мыслить, преодолевать трудности,
решать вопросы и задачи».
К. Э. Циолковский
Вы поступили в колледж, чтобы стать
высококвалифицированным специалистом, не только владеющих глубокими
техническими знаниями по выбранной специальности, но и умеющих самостоятельно
обновлять и применять их на практике, способных ориентироваться в законах
развития общества и техники. Это значит, что приняли решение за годы учебы в
колледже овладеть знаниями и умениями, необходимыми для начала профессиональной
деятельности.
Путь в профессию начинается с понимания
круга проблем своей науки (области техники), овладения навыками и секретами
ремесла. Овладевать навыками и секретами ремесла можно и нужно с самого начала
учебы в колледже при изучении общеобразовательных, в частности, курса физики.
Физика занимает особое место при подготовке технолога, большинство
профессиональных знаний и умений закладываются при изучении физики. По
характеру работы технологу приходится решать различные производственные
задачи: технологические, конструкторские, исследовательские. Нередко это
нетиповые и неповторимые задачи. Для решения производственных задач нужны не
только глубокие и прочные знания, но и умение применять их в нестандартных
условиях, способность работать в коллективе и решать продуктивно задачи в
крайне сжатые сроки Как правило, для этих задач приходится не только искать
способ решения, но и часто предварительно формулировать их для себя и других,
т.е.составлять условия и требования задачи. Таким образом, умение решать задачи
— профессиональное качество, необходимое для каждого технолога.
Именно поэтому в колледже придают важное
значение формированию умения решать познавательные и расчетные задачи. Решить
учебную задачу по физике — это значит найти такую последовательность общих положений
физики (законов, формул, определений, правил), использование которых позволяет
получить то, что требуется в задаче, — ее ответ.
Иначе говоря, процесс решения физической
задачи — это последовательность научно обоснованных действий:
— изучение условий и требований задачи;
— запись условий в буквенных выражениях;
— перевод единиц физических величин в систему СИ;
— графическое изображение процесса, описанного в задаче;
— поиск пути решения;
— составление плана решения;
— осуществление решения;
— запись искомых величин в виде формул и
вычисление их значений с требуемой точностью;
— проверка правильности решения;
— оценка полученных результатов по здравому смыслу;
— анализ процесса решения задачи и отбор
информации, полезной для дальнейшей деятельности.
Правильное
и рациональное исполнение этих действий требует определенной системы знаний и
умений, причем знаний не только тех разделов физики, к которым относится данная
конкретная задача, но и знаний по физике, математике и другим учебным
дисциплинам, полученных ранее в школе.
Овладеть устойчивым умением
решать задачи по физике могут все студенты. Помните, нельзя научиться решать задачи, только
наблюдая за тем, как это делают другие!
Для повышения эффективности
самостоятельной работы обязательно нужно иметь при себе на практических
занятиях тетрадь для решения задач, конспект лекций, рекомендованный
преподавателем учебник и калькулятор.
В методическом пособии приводятся задачи
двух видов: на усвоение учебного материала и активное использование изученного
материала.
Задачи на усвоение учебного материала —
это стандартные задачи (1 уровень). Для большей части из них имеются алгоритмы
решения, приведенные в данном пособии.
Задачи на активное использование
изученного материала (2 уровень)- так называемые нестандартные или проблемные,
поисковые, творческие задачи, требующие самостоятельного поиска способа
решения задачи. проявления находчивости, целеустремленности и большого
напряжения умственных способностей. Поэтому, только решая нестандартные задачи,
можно приобрести умения и навыки для решения производственных задач.
Агрегатные состояния вещества.
Насыщенный пар. Влажность воздуха
Испарением называется переход из жидкого
состояния в газообразное. С точки зрения молекулярно-кинетической теории,
испарение – это процесс, при котором с поверхности жидкости вылетают наиболее
быстрые молекулы, кинетическая энергия которых превышает энергию их связи с
остальными молекулами жидкости. Это приводит к уменьшению средней кинетической
энергии оставшихся молекул, то есть к охлаждению жидкости . Скорость испарения
зависит: от площади открытой поверхности, температуры, концентрации молекул
вблизи жидкости, рода вещества.
Конденсация – это процесс, обратный процессу
испарения , сопровождается выделением энергии в окружающее пространство. В
закрытом сосуде жидкость и ее пар могут находиться в состоянии динамического
равновесия, когда число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул,
возвращающихся в жидкость из пара, то есть когда скорости процессов испарения и
конденсации одинаковы.
Пар, находящийся в равновесии со
своей жидкостью, называют насыщенным.
Насыщенный пар в отличие от ненасыщенного не подчиняется
законам идеального газа. Так, давление насыщенного пара не зависит от объема,
но зависит от температуры.
Эта зависимость не может быть выражена простой
формулой, поэтому на основе экспериментального изучения зависимости давления
насыщенного пара от температуры составлены таблицы, по которым можно определить
его давление при различных температурах( таблица 1) Таблица 1. Давление
насыщенного пара (в мм.рт.ст), для температуры 20°С
Вещество
|
Давление насыщенного
пара
|
Ртуть
|
0,0013
|
Вода
|
17,36
|
Хлороформ
|
160,5
|
Сернистый углерод
|
198,5
|
Эфир
|
442,4
|
Сернистая кислота (H2SO3)
жидкая
|
2162 (3,24 атм)
|
Хлор жидкий
|
5798 (7,63 атм)
|
Аммиак жидкий
|
6384 (8,4 атм)
|
Углекислота жидкая
|
44688 (58,8 атм
|
В атмосферном воздухе всегда присутствуют пары воды
при некотором парциальном давлении p, которое, как правило, меньше давления
насыщенного пара p0. Отношение p / p0, выраженное в
процентах, называется относительной влажностью воздуха.
Давление водяного пара, находящегося в воздухе при
данной температуре, называют абсолютной влажностью, которую можно определить
как плотность водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре,
выраженную в килограммах на метр кубический (р). Относительной
влажностью называют отношение плотности водяного пара (или давления),
находящегося в воздухе при данной температуре, к плотности (или давлению)
водяного пара при той же температуре,
выраженное
в процентах, т. е.
Большинство явлений, наблюдаемых в природе, например
быстрота испарения, высыхание различных веществ, увядание растений, зависит не
от количества водяного пара в воздухе, а от того, насколько это количество
близко к насыщению, т. е. от относительной влажности.
Наиболее благоприятной для человека в средних
климатических широтах является относительная влажность 40—60%.
Понижая температуру воздуха, можно довести находящийся в
нем пар до насыщения. Признаком того, что пар стал насыщенным, является появление
первых капель сконденсировавшейся жидкости – росы(рис3). Температура,
при которой пар становится насыщенным, называется точкой росы. Например :
выпадение росы под утро, запотевание холодного стекла, если на него подышать,
образование капли воды на холодной водопроводной трубе, сырость в подвалах
домов
Для определения влажности воздуха используются
приборы, которые называются гигрометрами и психрометрами(рис 2). Необходимо
измерить температуру сухого и влажного термометров психрометра. Относительную
влажность определяют с помощью психрометрической таблицы.
Испарение может происходить не только с поверхности,
но и в объеме жидкости. В жидкости всегда имеются мельчайшие пузырьки газа.
Если давление насыщенного пара жидкости равно внешнему давлению (то есть
давлению газа в пузырьках) или превышает его, жидкость будет испаряться внутрь
пузырьков. Пузырьки, наполненные паром, расширяются и всплывают на
поверхность(рис.1). Этот процесс называется кипением. Кипение жидкости
начинается при температуре, при которой давление ее насыщенных паров
становится равным внешнему давлению.
Рис.1
рис.2 рис 3
В
частности, при нормальном атмосферном давлении вода кипит при температуре 100
°С. Это значит, что при такой температуре давление насыщенных паров воды равно
1 атм. При подъеме в горы атмосферное давление уменьшается, и поэтому
температура кипения воды понижается (приблизительно на 1 °С на каждые 300
метров высоты). На высоте 7 км давление составляет примерно 0,4 атм, и
температура кипения понижается до 70 °С. Процессы испарения и кипения
используются в холодильных установках.
Внеаудиторная самостоятельная работа
по теме «Решение задач на определение относительной
влажности воздуха»
Примеры решения задач
1.Сухой термометр показывает
10°, смоченный - 8°. Находим разность показаний: 2,3°. По таблице определяем
влажность воздуха: 71 %.
2.В закрытом сосуде вместимостью 5 л находится ненасыщенный
водяной пар массой 50 мг. При какой t° пар будет насыщенным?
(Пар станет насыщенным при температуре 11° С по значениям
таблицы 1)
3.Плотность насыщенного пара ртути при 20 °
С равна 0.02 г/м3 . Найти давление пара при этой температуре.
4.В закрытом сосуде вместимостью 2 л находится насыщенный
водяной пар при 20 °С . Сколько воды образуется в сосуде при понижении
температуры до 5 °С ?
5.Парциальное давление водяного пара в воздухе при 19°С было
1,1 КПа. Найти относительную влажность воздуха.
; (р0 =2.2 КПа находится по таблице
зависимости давления
насыщенного пара от температуры.)
Решите задачи
1уровень
1.Давление водяного пара при 14° С было равно 1 КПа. Был ли
этот пар насыщенным? (Давление насыщенного пара при данной температуре 1,6
КПа.)
2.Плотность водяного пара при 25 °С равна 23 г/ м3.
Насыщенный это пар или ненасыщенный? (P н.п.= 23 г/м3
)
3.При температуре 30°С парциальное давление равно
4,1 КПа. Определить абсолютную влажность воздуха
4.Температура воздуха в комнате 23°С , относительная
влажность 55%. Что показывает влажный термометр психрометра?
5.Относительная влажность воздуха в помещении музея 65%.
Психрометрическая разность в показаниях сухого и влажного термометров
составляет 1°С . Какова температура в помещении?
6.При температуре 120С водяной пар имеет
давление 700 Па, при этом давление насыщенного пара равно 1400Па. Рассчитайте
относительную влажность воздуха .
7.Точка росы равна 60С, а температура воздуха в
комнате 130С. Найти влажность воздуха.
8.Влажный термометр показывает 100С,а сухой 180С.
Найти относительную влажность воздуха.
9. Водяной пар при температуре 16°С имеет давление 1500 Па,
давление насыщенного пара при этом равно 1800 Па. Рассчитайте относительную
влажность воздуха.
10.Влажный термометр показывает 220С, а сухой 250С.
Какова влажность воздуха.
11.Температура воздуха в комнате 200С. На окнах
комнаты появляется роса, когда температура воздуха на улице упала до 80С.
Найти влажность воздуха в комнате.
12.Сухой термометр психрометра показывает 220С,
а влажный 140С. Найти относительную влажность воздуха.
13.Водяной пар имеет давление 1000 Па, а давление
насыщенного водяного пара при этой же температуре 2500 Па. Рассчитайте
относительную влажность воздуха
14.Роса на зеркале гигрометра появляется при температуре 140С.
Какова влажность воздуха, если его температура равна160С?
15.Влажный термометр показывает 200С, а сухой на
30С больше. Какова относительная влажность воздуха?
16.Водяной пар имеет при данной температуре давление 1500
Па, а давление насыщенного пара в этом случае 2000 Па. Рассчитайте
относительную влажность воздуха .
17.Найти влажность воздуха при температуре 180С,
если роса выпадает при охлаждении этого воздуха до температуры 140С.
18.Влажный термометр психрометра показывает 30С,
а сухой 80С.
Рассчитайте влажность воздуха.
19.При 110С относительная влажность воздуха 80%.
Каково показание влажного термометра психрометра и чему равна разность их
показаний?
20.Температура воздуха в комнате 200С, точка
росы 150С. Определить абсолютную и относительную влажность воздуха.
21.Температура воздуха в комнате 240С, точка
росы 160С. Определить абсолютную и относительную влажность воздуха.
22.При 240С относительная влажность воздуха 56%.
Каково показание влажного термометра психрометра и чему равна разность их
показаний?
23.Температура воздуха 240С, относительная
влажность 95%. Сколько водяных паров содержится в комнате объемом 100м3?
24.Температура воздуха вечером 150С,
относительная влажность 64%. Ночью температура упала до 50С. Была ли
роса?
25.Разность показаний сухого и влажного термометров равна 40С.
Относительная влажность воздуха 60%. Чему равны показания сухого и влажного
термометра.
26.Влажность воздуха равна 78%, а показание сухого
термометра равно 120С. Какую температуру показывает влажный
термометр?
27.Температура воздуха 200С, а точка росы 80С.
Определите относительную влажность
28. Температура воздуха в комнате 300С, точка
росы 250С. Определить абсолютную и относительную влажность воздуха.
29.Разность показаний сухого и влажного термометров
равна 30С. Относительная влажность воздуха 60%. Чему равны показания
сухого и влажного термометра.
30.Температура воздуха в комнате 23°С, относительная
влажность 55%. Что показывает влажный термометр психрометра?
Решите
задачи 2 уровень
1.В комнате размером 5мх4мхЗм при температуре 20° С
относительная влажность воздуха составляет 70%. Определить температуру точки
росы. Сколько влаги в виде росы выделится из воздуха, если его температура
станет 11°С. Какая при этом будет относительная влажность воздуха?
2.Днем при 20° С относительная влажность
воздуха была 60%. Сколько воды в виде росы выделится из каждого кубического
метра в воздухе, если температура ночью понижается до 8°С ? (2,1 г)
3.Сколько водяных паров находится в 1л воздуха при
температуре 17°С ,если температура точки росы 10°С . Определить относительную
влажность воздуха. (9,4 мг; 65%)
4.Какова масса водяных паров в комнате объемом 105 м3,
если при температуре 150С относительная влажность равна 55%.
5.Вечером на берегу озера при температуре 18 С
относительная влажность воздуха 75 %. При каком понижении температуры воздуха к
утру можно ожидать появления тумана?
6.Ночью температура воздуха была 120С,а
влажность 90%. Какова
влажность воздуха днем при температуре 130С? Давление водяного пара
постоянно.
7.Вычислите массу насыщенного водяного пара в 1 м3
воздуха при температуре 20°С.
8.В комнате объемом V=120 м3 при температуре
t=15°C относительная влажность воздуха равна 60%. Определите массу водяных паров
в воздухе комнаты. Давление насыщенных паров p0 при t=15°C равно
12,8 мм.рт.ст. 9.При температуре t=20°С относительная влажность в комнате
равна 20%. Какую массу воды нужно испарить для увеличения влажности до φ2=50%,
если объем комнаты V=40 м3? Плотность насыщенных паров воды при
температуре t=20°С равна ρ=1,73*10-2 кг/м3
10.При температуре t=20°С относительная влажность в комнате
равна 20%. Какую массу воды нужно испарить для увеличения влажности до φ2=50%,
если объем комнаты V=40 м3? Плотность насыщенных паров воды при
температуре t=20°С равна ρ=1,73*10-2 кг/м3
11.Сколько г воды находится в кабинете объёмом 100 м3
при температуре 200С и влажности 60%?
12.Какова влажность воздуха, если в комнате объёмом 60 м3
при температуре 120С находится 480 г водяных паров?
13.Днем температура воздуха равна 200С, а
влажность воздуха 90%. Выпадет ли ночью роса, когда температура воздуха станет
130С
14.Сколько г воды находится в "пустой" канистре
объёмом 20 литров? Температура воздуха 200С, влажность 80%.
15.В комнате объемом V=120 м3 при
температуре t=15°C относительная влажность воздуха j=60%. Определите массу
водяных паров в воздухе комнаты. Давление насыщенных паров p0 при
t=15°C равно 12,8 мм.рт.ст.
16.Закрытый сосуд объемом V1=0,5 м3
содержит воду массой m=0,5 кг. Сосуд нагрели до температуры t=147°С. Насколько
следует изменить объем сосуда, чтобы в нем содержался только насыщенный пар?
Давление насыщенного пара p0 при температуре t=147°С равно 4,7*105
Па.
17.В воздухе насыщенный водяной пар содержится при
30°С. Определите массу воды, выпавший в виде росы из 1 м3 воздуха
при его охлаждении до 15°С.
18.В воздухе насыщенный водяной пар содержится при
30°С. Определите массу воды, выпавший в виде росы из 1 м3 воздуха
при его охлаждении до 15°С.
19.При температуре t=20°С относительная влажность в
комнате φ1=20%. Какую массу воды нужно испарить для увеличения
влажности до
20.φ 2=50%, если объем комнаты V=40 м3?
Плотность насыщенных паров воды при температуре t=20°С равна r=1,73*10-2
кг/м3.
21.Сколько г воды содержит каждый литр воздуха при
температуре 200С и влажности 100%?
22.Какова влажность воздуха в помещении объемом 40 куб.м.,
в котором находится 330 г воды при температуре 200С?
23.В 6 м3 воздуха с температурой 19 °С содержится 51,3 г
водяного пара. Определите абсолютную и относительную влажность.
24.Относительная
влажность в комнате при температуре 16 °С равна 65 %. Как изменится влажность
при понижении температуры на 4 К, если давление паров воды осталось прежним .
25.Относительная влажность воздуха при температуре 32 °С
равна 30 %. Каково будет ее значение при 20 °О? При какой температуре этот
воздух будет насыщен водяным паром?
26.В 4 м3 воздуха при температуре 16 °_С находится 40 г
водяного пара. Определите относительную влажность.
27.
Относительная влажность в комнате при температуре 16 °_С составляет
65%. Как она изменится при понижении температуры воздуха на 4 К?
28.
Днём при 20 °С относительная влажность воздуха составляла 60%.
Сколько воды в виде росы выделится с каждого кубического метра воздуха, если
температура ночью понизилась до 8° С?
29.
Для осушки воздуха в баллоне вместимостью 10 л в него ввели кусок
хлорида кальция, который поглотил 0,13 г воды. Какова была относительная
влажность воздуха в баллоне, если температура в нём равна 20 °С?
30.
В запаянной трубке объёмом 0,4 дм3 находится водяной пар при
давлении 8 кПа и температуре 150 °С. Какая масса воды сконденсируется на
стенках трубки при охлаждении?
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.