Feladat: 1508. fizika feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Bakó Tamás ,  Csordás András ,  Czuczor Lajos ,  Ditrói Péter ,  Kaufmann Zoltán ,  Lovász Tibor ,  Mechler Ferenc ,  Pelle Péter ,  Seres János 
Füzet: 1979/február, 86 - 87. oldal  PDF file
Témakör(ök): Túlhevített folyadék, Telített gőz, Folyadékok, szilárd testek fajhője, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1978/május: 1508. fizika feladat

Egy kuktafazekat, amelyben 3 liter 120C-os víz van, hirtelen kinyitunk. Mennyivel változik meg közben a benne levő víz tömege? A fazék alumíniumból van.

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Ha a kukta fedelét kinyitjuk, a víz fölötti gőz nyomása hirtelen 1 atmoszférára csökken. Ezen a nyomáson a víz 100C-on forr, ezért az az állapot, amely 120C-os víznek felel meg, instabillá válik, s a rendszer nagyon gyorsan (robbanásszerűen) átbillen stabil állapotába, amely 100C-os víznek és megfelelő mennyiségű elpárolgott vízgőznek felel meg. Legyen az elpárolgott vízgőz tömege x. A forráshoz szükséges energiát a víz és az alumínium lehűlésekor felszabaduló hő fedezi, tehát

xL=(mvízcvíz+mAlcAl)Δt.
Itt L a forráshő, Δt=20C a fellépő hőmérsékletkülönbség. A folyamat gyorsasága miatt a fenti egyenletben elhanyagoltuk a rendszer és környezete közötti hőcserét. Azt várjuk, hogy az elpárolgott vízgőz tömege kicsi a kiindulási víztömeghez viszonyítva, ezért a vízgőz fölmelegedéséhez szükséges hő elhanyagolható. x kicsisége indokolja azt is, hogy mvíz helyébe a kiindulási víztömeget írhatjuk. A hőtágulás okozta sűrűségváltozás sem jelentős. Így mvíz3kg-mal számolhatunk. A fajhő nem függ lényegesen a hőmérséklettől (és nyomástól), így a cvíz=4,18J/(gC), cAl=0,84J/(gC), L=2260J/g, mAl=2kg adatokat használva becslésünkből az adódik, hogy
x=0,12kg.
Az eredmény igazolja tehát feltevésünket, hiszen x a kiindulási tömegnek kb. 4%-a.
 

 Csordás András (Esztergom, Dobó K. Gimn., III. o. t.)