Идеально изолированный цилиндр, снабженный герметичным поршнем без трения с массой и поверхностью

Идеально изолированный цилиндр, снабженный герметичным поршнем без трения массой и площадью поверхности, содержит жидкую воду и алюминиевый брусок массой 3,0 кг. В алюминиевый брусок вмонтирована электрическая катушка, через которую ему передается известное количество тепла. Удельный вес алюминия равен 2,70, а удельная внутренняя энергия определяется по формуле Внутренняя энергия жидкой воды при любой температуре может быть принята равной энергии насыщенной жидкости при этой температуре. Стенке цилиндра передается пренебрежимо малое количество тепла. Атмосферное давление равно 1,00 атм. Цилиндр и его содержимое изначально находятся при . Предположим, что от нагревательной спирали к бруску передается давление, и затем содержимому цилиндра позволяют прийти в равновесие. (a) Рассчитайте давление содержимого цилиндра на протяжении всего процесса. Затем определите, достаточно ли количества тепла, переданного системе, для испарения какой-либо части воды. (b) Определите следующие величины: (i) конечную температуру системы; (ii) объемы жидкой и паровой фаз, находящихся в равновесии; и (iii) вертикальное расстояние, пройденное поршнем от начала до конца процесса. (Предложение: Запишите энергетический баланс для полного процесса, приняв содержимое цилиндра за систему. Обратите внимание, что система замкнута и что система совершает работу, перемещая поршень по вертикали. Величина этой работы равна , где – постоянное давление в системе, а – изменение объема системы от начального до конечного состояния.) (c) Рассчитайте верхний предел температуры, достижимой алюминиевым прутком в ходе процесса, и укажите условие, которое должно применяться, чтобы пруток приблизился к этой температуре.