Нарисуй изотерму и подумай, при каком парциальном давлении водяной пар уже не может существовать в газовой фазе в данной температуре.

Применяй уравнение состояния идеального газа к парциальному давлению пара в процессе изотермического сжатия; в момент начала конденсации парциальное давление достигает давления насыщенного пара .

1. Запиши выражение для числа молей водяного пара в начальном состоянии через его парциальное давление и объём .
2. Запиши выражение для числа молей водяного пара в момент, когда пар начинает конденсироваться, через давление и объём .
3. Приравняй эти выражения с учётом того, что температура постоянна и используй их связь через .
4. Вырази из полученной системы.

Сколько таких одинаковых порций воды нужно, чтобы получить заданную массу стакана?

Количество циклов равно отношению искомой массы к массе воды, получаемой за один цикл: (закон деления и сохранения массы).

1. Вспомни найденную в пункте А3 массу воды, получаемую за одно сжатие .
2. Запиши отношение желаемой массы стакана к .
3. Вырази количество сжатий из этого отношения.

Подумай, какое давление определяет основную величину работы при сжатии сосуда — парциальное давление пара или давление воздуха?

Работа при квазистатическом изотермическом процессе равна интегралу ; для грубой оценки можно заменить изменяющееся давление средним значением.

1. Определи начальное и конечное суммарные давления газа в сосуде и найди их среднее для приближённой оценки.
2. Приблизь работу как .
3. Вырази работу из полученного выражения.

Установи, что вклад в работу от основного воздуха при полном цикле взаимно сокращается, и что остаётся работа, связанная с изменением парциального состояния пара (площадь на диаграмме).

Полная работа цикла равна площади, ограниченной замкнутым контуром на диаграмме –, которую можно оценить геометрически, используя найденные характерные точки и изотермы.

1. Определи точку давления на среднем объёме, необходимую для построения геометрической фигуры (в решении это давление в точке D, вычисляемое из изотермы связывающей соответствующие объёмы и давление насыщения).
2. Упрощённо замени криволинейные участки прямыми, добери фигуру до треугольника/трапеции и вырази площадь замкнутой фигуры через найденные давления и объёмы.
3. Вычисли (оценочно) работу как эту площадь; вырази работу цикла из полученной геометрии.

Чтобы получить затраченную работу на килограмм воды, поделите работу одного цикла на массу воды, получаемую за цикл, и масштабируй до килограмма.

Удлинённая работа конденсации определяется как отношение полной работы цикла к массе конденсированной воды: .

1. Возьми оценённую работу цикла из пункта 1.7 и массу воды из пункта А3.
2. Вычисли отношение и при необходимости умножь на 1 кг/массную единицу, чтобы получить работу на килограмм.
3. Вырази из полученной зависимости.