РУҚА
24

Решение: Влажный воздух и давление

ЕГЭ · Физика · Задание 24 · Молекулярная физика
ВысокаяФИПИ5A1F95Развёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 6 шагов
Условие

В закрытом сосуде при температуре $100\ ^\circ\mathrm{C}$ находится влажный воздух с относительной влажностью $60\%$ под давлением $100\ \mathrm{кПа}$. Объём сосуда изотермически уменьшили в $2{,}5$ раза. Во сколько раз надо вместо этого увеличить абсолютную температуру без изменения объёма сосуда, чтобы получить такое же конечное давление? Объёмом сконденсировавшейся воды пренебречь.

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

Относительная влажность равна отношению парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара. При температуре $100\ ^\circ\mathrm{C}$ давление насыщенного пара примерно равно $100\ \mathrm{кПа}$, поэтому начальное парциальное давление пара равно

$$p_{\text{п}1}=0{,}6p_{\text{нас}}=0{,}6\cdot100=60\ \mathrm{кПа}$$
2

Начальное парциальное давление сухого воздуха находим как разность полного давления и давления пара:

$$p_{\text{с}1}=100-60=40\ \mathrm{кПа}$$
3

При изотермическом уменьшении объёма в $2{,}5$ раза давление сухого воздуха увеличивается во столько же раз:

$$p_{\text{с}2}=2{,}5p_{\text{с}1}=2{,}5\cdot40=100\ \mathrm{кПа}$$
4

Давление водяного пара при таком сжатии без конденсации стало бы равно $150\ \mathrm{кПа}$, что больше давления насыщенного пара. Поэтому часть воды конденсируется, а парциальное давление пара остаётся равным давлению насыщенного пара:

$$p_{\text{п}2}=p_{\text{нас}}=100\ \mathrm{кПа}$$
5

Конечное давление после изотермического сжатия равно сумме парциальных давлений:

$$p_2=p_{\text{с}2}+p_{\text{п}2}=100+100=200\ \mathrm{кПа}$$

При нагревании без изменения объёма количество сухого воздуха и водяного пара не изменяется, поэтому давление всего газа пропорционально абсолютной температуре. Требуемый коэффициент увеличения температуры равен:

$$\frac{T_2}{T_1}=\frac{p_2}{p_1}=\frac{200}{100}=2$$
Ответ

Абсолютную температуру нужно увеличить в $2$ раза.

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

Где здесь ошибаются

Увеличивают давление всей смеси в $2{,}5$ раза, не учитывая конденсацию водяного пара.

Считают, что парциальное давление водяного пара после сжатия равно $150\ \mathrm{кПа}$, хотя оно не может превышать давление насыщенного пара при данной температуре.

Используют температуру в градусах Цельсия вместо абсолютной температуры в законе Гей-Люссака.

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.