ВсОШ 2004, Регионален етап, 8–11 клас — Задача 11.4. · Продавец воздуха
XXXVIII Всероссийская олимпиада школьников по физике. Региональный этап. Теоретический тур. Методическое пособие. МФТИ, 2003/2004 уч.г.
Условие
Говорят, что в распоряжении главного злодея романа А.Беляева «Продавец воздуха» была электростанция мощностью ГВт (мощность Красноярской ГЭС). Оцените, через какое время после начала осуществления этого «коварного плана» по откачиванию воздуха из атмосферы и его сжижению жители Земли ощутят снижение атмосферного давления? Считайте, что давления от мм рт.ст. до мм рт.ст. воспринимаются как допустимые отклонения от нормального, теплота, отнимаемая у сжижаемого газа, передается воде мирового океана. Атмосфера и гидросфера имеют одинаковую среднюю температуру . Радиус Земли км, плотность ртути кг/м. Для воздуха: молярная масса кг/кмоль, температура кипения , теплота парообразования кДж/моль, нормальное атмосферное давление мм рт.ст.
Отговори
50000 лет
Оценка: лет.
Решение
Жители Земли ощутят изменение атмосферного давления, если масса атмосферы уменьшится на
Для этого можно использовать обращенную тепловую машину (тепловой насос) с охлаждаемым телом температурой К и нагреваемым телом температурой К. Количество теплоты , выделяющейся при преобразовании в жидкость воздуха массой :
где — теплоемкость при постоянном давлении. Чтобы отобрать у воздуха такое количество теплоты и передать его воде при температуре , требуется работа . Эта работа минимальна, когда мы охлаждаем газ по обратному циклу Карно, для которого
Окончательно,
Оригинал в Архива: region04T.pdf