Vapor saturo, Olimpiadi di fisica.
Salve a tutti.
Questo è un esercizio preso dalla gara di secondo livello delle Olimpiadi di fisica, e vorrei che mi daste qualche chiarimento.
Un cilindro chiuso da un pistone mobile contiene $8 g$ di vapore acqueo alla temperatura
di $55 C$. Il vapore viene compresso isotermicamente.
Sapendo che a quella temperatura la densita di vapor saturo vale $104,3 g/m^3$, determinare quanto vale il
volume quando il vapore inizia a condensare.
La cosa buffa è che ho anche la soluzione, ma non mi convince, forse perchè è, non so la ragione, la più sintetica di tutte (negli altri questiti spiegava anche cosa banali).
Una massa m di vapore acqueo saturo occupa un volume V pari a
$V=m/(rho_(sat))=77 L :
essendo $rho_(sat)$ la densità data. Quando il volume diventa minore di questo valore inizia la condensazione.
Come si capisce, non ho mai sentito parlare a scuola di vapor saturo e della sua densità.
Ora ho visto qualcosa e azzardo un'ipotesi, ditemi se è giusta:
è giusto dire che, se in un gas perfetto siamo sotto la temperatura di ebollizione, esiste un valore FISSO di densità di vapor saturo?
Se diminuiamo tale volume isotermicamente, la pressione aumenta, e quindi la materia tende a spostarsi più verso lo stato liquido che quello gassoso. E' corretto?
Grazie in anticipo, se poi avete altri commenti sull'esercizio, oltre che su ciò da me detto, mi fa piacere.
Ciao!
Questo è un esercizio preso dalla gara di secondo livello delle Olimpiadi di fisica, e vorrei che mi daste qualche chiarimento.
Un cilindro chiuso da un pistone mobile contiene $8 g$ di vapore acqueo alla temperatura
di $55 C$. Il vapore viene compresso isotermicamente.
Sapendo che a quella temperatura la densita di vapor saturo vale $104,3 g/m^3$, determinare quanto vale il
volume quando il vapore inizia a condensare.
La cosa buffa è che ho anche la soluzione, ma non mi convince, forse perchè è, non so la ragione, la più sintetica di tutte (negli altri questiti spiegava anche cosa banali).
Una massa m di vapore acqueo saturo occupa un volume V pari a
$V=m/(rho_(sat))=77 L :
essendo $rho_(sat)$ la densità data. Quando il volume diventa minore di questo valore inizia la condensazione.
Come si capisce, non ho mai sentito parlare a scuola di vapor saturo e della sua densità.
Ora ho visto qualcosa e azzardo un'ipotesi, ditemi se è giusta:
è giusto dire che, se in un gas perfetto siamo sotto la temperatura di ebollizione, esiste un valore FISSO di densità di vapor saturo?
Se diminuiamo tale volume isotermicamente, la pressione aumenta, e quindi la materia tende a spostarsi più verso lo stato liquido che quello gassoso. E' corretto?
Grazie in anticipo, se poi avete altri commenti sull'esercizio, oltre che su ciò da me detto, mi fa piacere.
Ciao!
Risposte
Il vapore non è un gas perfetto!
Se ti capiterà di fare un esame di Fisica Tecnica all'università
questa è una delel cose base ed un errore del genere significa
game over.
Per capire qualcosa (si parla cmq di un argomento molto facile e sicuramente
alla tua portata) leggi qualcosa sulle curve di Andrews e trasformazioni dell'acqua
(sul diagramma T-S e T-v e p-v pure).
Cmq scordati la legge dei gas perfetti per il vapore che poi di fatto si può applicare solo
in condizioni di forte surriscaldamento in condizioni di condensazione il ruolo dell'eq.
di stato dei gas lo gioca l'eq. di Clausius-Clapeyron.
Se ti capiterà di fare un esame di Fisica Tecnica all'università
questa è una delel cose base ed un errore del genere significa
game over.
Per capire qualcosa (si parla cmq di un argomento molto facile e sicuramente
alla tua portata) leggi qualcosa sulle curve di Andrews e trasformazioni dell'acqua
(sul diagramma T-S e T-v e p-v pure).
Cmq scordati la legge dei gas perfetti per il vapore che poi di fatto si può applicare solo
in condizioni di forte surriscaldamento in condizioni di condensazione il ruolo dell'eq.
di stato dei gas lo gioca l'eq. di Clausius-Clapeyron.
"Steven":
è giusto dire che, se in un gas perfetto siamo sotto la temperatura di ebollizione, esiste un valore FISSO di densità di vapor saturo?
Se diminuiamo tale volume isotermicamente, la pressione aumenta, e quindi la materia tende a spostarsi più verso lo stato liquido che quello gassoso. E' corretto?
riferire la temperatura di ebollizione ad un gas perfetto è un non senso, rispetto alla definizione di gas perfetto, il quale non può liquefare, né evaporare.
Tornando al vapore saturo, vale quanto segue:
1) la densità del vapore saturo dipende dalla temperatura alla quale ti riferisci, e cambia con essa. Ti consiglio di dare un'occhiata alle tabelle delle proprietà dell'acqua;
2) se comprimi isotermicamente del vapore inizialmente saturo, quello che accade è che la pressione rimane costante, ed ha luogo un cambiamento di stato in cui il vapore condensa. La pressione rimarrà costante (insieme colla temperatura) al diminuire del volume, finché tutto il vapore non è condensato
3) deduci quindi che la condensazione non la puoi attribuire ad un'aumento di pressione, semplicemente perché quest'aumento non c'è. E' la perdita di energia (calore) associata alla compressione isoterma che determina la condensazione. Con essa, infatti, ci sono molecole d'acqua che si ritrovano ad avere un'energia cinetica insufficiente per tenerle libere dalla fase liquida.
la spiegazione che hai dato del perchè della condesazione
è ok!
è ok!
Grazie a entrambi per le risposte e specialmente per avermi ripreso sull'errore del gas perfetto.
In realtà non avevo propio pensato all'eventualità che la pressione rimanesse costante.
Kinder, c'è un motivo particolare per il quale non c'è variazione?
Grazie e ciao
In realtà non avevo propio pensato all'eventualità che la pressione rimanesse costante.
Kinder, c'è un motivo particolare per il quale non c'è variazione?
Grazie e ciao
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