Задание №17414 ЕГЭ Физике

В начальном состоянии над водой находится насыщенный водяной пар, так как за длительное время в системе установилось термодинамическое равновесие.

Пока в цилиндре остается вода, при медленном изотермическом расширении пар остается насыщенным. Поэтому график $p\left(V\right)$ будет графиком константы (отрезок горизонтальной прямой). Количество воды в цилиндре при этом убывает. При комнатной температуре концентрация молекул воды в насыщенном паре очень мала по сравнению с концентрацией молекул воды в жидком агрегатном состоянии. Масса воды в два раза больше массы пара, поэтому, во-первых, в начальном состоянии насыщенный пар занимает объём, практически равный $V_0$. Во-вторых, чтобы вся вода испарилась, нужно объём под поршнем увеличить ещё на $2V_0$. Таким образом, горизонтальный отрезок описывает зависимость $p\left(V\right)$ на участке от $V_0$ до $3V_0$.

При $V >3V_0$ под поршнем уже нет жидкости, все молекулы воды образуют уже ненасыщенный водяной пар, который можно на изотерме описывать законом Бойля — Мариотта: $pV = const$ т. е. $p ~ \frac{1}{V}$. Таким образом, на участке от $3V_0$ до $6V_0$ зависимость $p\left(V\right)$ изображается фрагментом гиперболы.

Ответ: На участке от $V_0$ до $3V_0$ давление под поршнем постоянно (давление насыщенного пара на изотерме). На участке от $3V_0$ до $6V_0$ давление под поршнем подчиняется закону Бойля — Мариотта.

На участке от $V_0$ до $3V_0$ график $p\left(V\right)$ — горизонтальный отрезок прямой, на участке от $3V_0$ до $6V_0$ — фрагмент гиперболы.