Как найти давление водяного пара

Вода может находиться в трех основных агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Пар, в свою очередь, бывает ненасыщенным и насыщенным - имеющим одинаковую температуру и давление с кипящей водой. Если же температура водяного пара при повышении давления превысила 100 градусов Цельсия, то такой пар называют перегретым. Часто при изучении школьного курса физики или при проведении технологического процесса возникает задача: определить давление водяного пара при каких-то конкретных условиях.

Инструкция

1. Допустим, вам дана следующая задача: в некий металлический сосуд залили воду в количестве, которое равно четверти его объема. После этого сосуд герметически закрыли и нагрели до температуры, равной 500оС. Если представить, что вся вода, находившаяся в сосуде, превратилась в пар, каково будет давление этого пара? Сначала в сосуде содержалась одна вода (ее количество, перешедшее в газообразное состояние ничтожно мало, поэтому им можно пренебречь). Обозначьте ее массу как m, а объем как V1. Следовательно, плотность воды будет вычисляться по формуле: ρ1 = m/V1.
2. После нагрева в сосуде находился один водяной пар той же массы m, но занимавший вчетверо больший объем V2. Следовательно, плотность водяного пара равна: ρ2 = ρ1/4.
3. Теперь переведите температуру из градусов Цельсия в градусы Кельвина. 500 градусов Цельсия приблизительно равны 773 градусам Кельвина (273 + Тц).
4. Напишите универсальное уравнение Менделеева-Клапейрона. Конечно, сильно нагретый водяной пар никоим образом не может считаться идеальным газом, состояние которого оно описывает, но погрешность в расчетах будет сравнительно небольшой. Р2V2 = mRT/µ или, преобразуя его с учетом того, что V2 в четыре раза больше, чем V1: 4Р2V1 = mRT/µ. Где Р2 – то самое давление водяного пара, которое вам необходимо найти; R – универсальная газовая постоянная, примерно равная 8,31; Т – температура в градусах Кельвина (773); а µ – молярная масса воды (или водяного пара), равная 18 грамм/моль (0,018 кг/моль).
5. Таким образом, у вас получается формула: Р2 = mRT/4V1 µ. Однако поскольку первоначальный объем V1 = m/ρ1, то итоговый вид уравнения таков:P2 = ρ1RT/4µ. Подставив в формулу известные величины, и зная, чему равна плотность воды, вычислите искомую величину давления водяного пара.