РУҚА
24

Решение: Относительная влажность воздуха

ЕГЭ · Физика · Задание 24 · Молекулярная физика
ВысокаяФИПИ19CDFFРазвёрнутое решение≈ 8 минутРазбор в 6 шагов
Условие

Влажный воздух находится в вертикальном гладком цилиндрическом сосуде под невесомым поршнем с площадью $S$. На поршень медленно насыпают песок. На стенках сосуда появляется роса, если масса песка становится равной $m$. Температура влажного воздуха в сосуде поддерживается постоянной. Снаружи сосуда давление воздуха равно нормальному атмосферному давлению $p_0$. Определите первоначальную относительную влажность воздуха в сосуде.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

6 шагов
1

До насыпки песка поршень находится в равновесии, поэтому давление влажного воздуха в сосуде равно атмосферному давлению:

$$p_1 = p_0$$
2

После того как масса песка стала равной $m$, сила давления газа должна уравновешивать атмосферное давление и вес песка. Поэтому давление воздуха в сосуде в момент появления росы равно:

$$p_2 S = p_0 S + mg, \qquad p_2 = p_0 + \frac{mg}{S}$$
3

До появления росы водяной пар не конденсируется, поэтому его количество постоянно. При постоянной температуре парциальное давление водяного пара обратно пропорционально объёму. Объём всей газовой смеси также изменяется изотермически, следовательно:

$$\frac{V_1}{V_2} = \frac{p_2}{p_1}$$
4

В момент появления росы пар становится насыщенным, поэтому его парциальное давление равно давлению насыщенного пара $p_{\text{нас}}$. Если $p_{\text{в}1}$ — первоначальное парциальное давление водяного пара, то:

$$p_{\text{в}1} \frac{V_1}{V_2} = p_{\text{нас}}$$
5

Подставляя отношение объёмов, получаем первоначальное парциальное давление водяного пара:

$$p_{\text{в}1} = p_{\text{нас}}\frac{p_1}{p_2}$$

Относительная влажность определяется как отношение фактического парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре:

$$\varphi = \frac{p_{\text{в}1}}{p_{\text{нас}}} = \frac{p_1}{p_2} = \frac{p_0}{p_0 + \frac{mg}{S}}$$
Ответ

\varphi = \dfrac{p_0}{p_0 + \dfrac{mg}{S}} = \dfrac{p_0 S}{p_0 S + mg}

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Считать, что давление влажного воздуха до насыпки песка не равно $p_0$.

Добавлять вес песка к давлению без деления на площадь поршня.

Считать, что давление насыщенного пара изменяется при сжатии, хотя температура поддерживается постоянной.

Использовать отношение давлений в обратном порядке и получить относительную влажность больше единицы.

Закрепить приёмВ теме «Молекулярная физика» ещё 217 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 24 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Молекулярная физика»: в ней 218 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.