Решать задания
Физика · тема 14 из 19 · ОГЭ № 8–9 · ЕГЭ № 8, 10

Влажность воздуха, насыщенный пар и кипение

Как считать относительную влажность, находить точку росы и объяснять, почему вода закипает при разном давлении.

15 мин чтенияОГЭЕГЭ17 заданий

Коротко

главное за 30 секунд
  1. Относительная влажность $\varphi = \dfrac{p}{p_{\text{нас}}}\cdot 100\% = \dfrac{\rho}{\rho_{\text{нас}}}\cdot 100\%$
  2. Давление насыщенного пара растёт с температурой и не зависит от объёма
  3. Точка росы — температура, при которой пар в воздухе становится насыщенным
  4. При изотермическом сжатии ненасыщенного пара $p \sim 1/V$, а после достижения насыщения давление не растёт — пар конденсируется
  5. Жидкость кипит, когда давление её насыщенного пара равно внешнему давлению
  6. Показания влажного термометра психрометра ниже, чем сухого; чем больше разность, тем суше воздух

Насыщенный пар и относительная влажность

Над поверхностью воды в закрытом сосуде одни молекулы вылетают из жидкости, другие возвращаются. Когда эти потоки равны, наступает динамическое равновесие, и пар называется насыщенным. Его давление $p_{\text{нас}}$ при данной температуре — наибольшее возможное.

Воздух в комнате обычно содержит пар, но ненасыщенный. Его «наполненность» измеряет относительная влажность:

$$\varphi = \dfrac{p}{p_{\text{нас}}}\cdot 100\% = \dfrac{\rho}{\rho_{\text{нас}}}\cdot 100\%$$ Здесь $p$ и $\rho$ — давление и плотность (абсолютная влажность) водяного пара в воздухе, $p_{\text{нас}}$ и $\rho_{\text{нас}}$ — значения для насыщенного пара при этой же температуре.
$t$, °С01015202530
$p_{\text{нас}}$, кПа0,611,231,712,333,174,24
$\rho_{\text{нас}}$, г/м³4,89,412,817,323,030,3
Давление насыщенного пара зависит только от температуры, но не от объёма и не от количества пара. Поэтому к нему нельзя применять закон Бойля — Мариотта: при сжатии насыщенного пара давление не растёт, а лишний пар превращается в воду.
Проверь себя. Парциальное давление пара 1,5 кПа, а давление насыщенного пара при этой температуре 3,0 кПа. Чему равна относительная влажность (в %)?

Ответ: 50

Точка росы

Если охлаждать воздух, не меняя количества пара в нём, давление пара $p$ остаётся прежним, а $p_{\text{нас}}$ падает. Рано или поздно они сравняются — влажность станет 100 %.

Точка росы — температура, при которой находящийся в воздухе пар становится насыщенным. При дальнейшем охлаждении пар конденсируется: выпадает роса, образуется туман.

Пример. В воздухе 9,4 г водяного пара в кубометре. По таблице такая плотность соответствует насыщенному пару при 10 °С — это и есть точка росы. Если ночью температура упадёт ниже 10 °С, на траве выпадет роса.

Точка росы зависит от того, сколько пара в воздухе, а не от температуры воздуха. Чем влажнее воздух, тем точка росы ближе к его температуре. При $\varphi = 100\%$ они совпадают.
Проверь себя. Абсолютная влажность воздуха равна 9,4 г/м³. Найдите точку росы (в °С), пользуясь таблицей выше.

Ответ: 10

Сжатие и расширение: график p–V

Пусть ненасыщенный пар сжимают при постоянной температуре. Пока пар ненасыщенный, он ведёт себя как идеальный газ: $pV = \text{const}$, давление растёт, влажность растёт пропорционально $p$. Когда $p$ достигает $p_{\text{нас}}$, начинается конденсация.

На изотерме $p(V)$ сначала гипербола, а после достижения насыщения — горизонтальный участок: давление постоянно, объём уменьшается, а масса пара падает за счёт превращения в воду.

Пример. Влажность воздуха 40 %. Объём изотермически уменьшили вдвое: давление пара вдвое больше, значит $\varphi = 80\%$. Если уменьшить в 2,5 раза — влажность достигнет 100 %; при дальнейшем сжатии часть пара сконденсируется.

Если конденсат уже появился, масса пара определяется формулой $m = \rho_{\text{нас}}V$, а не первоначальной. Лишнюю массу считают как разность: то, что было, минус то, что уместилось.
Проверь себя. Влажность 40 %, объём сосуда изотермически уменьшили в 2 раза. Какой стала влажность (в %)?

Ответ: 80

Кипение и давление

Кипение — парообразование по всему объёму жидкости: внутри неё появляются пузырьки пара. Пузырёк может расти, только если давление пара в нём не меньше внешнего давления.

Жидкость кипит при такой температуре, при которой давление её насыщенного пара равно внешнему давлению. При нормальном давлении 101 кПа вода кипит при 100 °С; в горах, где давление ниже, — при меньшей температуре, в скороварке (давление выше) — при большей.
Температура кипения — не свойство вещества «навсегда». Вода кипит при 100 °С только при нормальном давлении. Кроме того, пока идёт кипение, температура жидкости не растёт, сколько бы теплоты ни подводили.
Проверь себя. Вода при давлении 70 кПа закипает при температуре 100 °С? (да/нет)

Ответ: нет

Психрометр и гигрометр

Психрометр — два одинаковых термометра. Резервуар одного обёрнут влажной тканью. С влажной ткани вода испаряется и охлаждает термометр: он показывает температуру ниже, чем «сухой». Чем суше воздух, тем интенсивнее испарение и тем больше разность показаний.

Относительную влажность находят по психрометрической таблице по значению сухого термометра и разности показаний. Если воздух насыщен, испарения нет, и оба термометра показывают одно и то же.

Влажность воздуха около 40–60 % считается комфортной. Ниже — воздух сухой, выше — душно.
Не путайте: чем больше разность, тем ниже влажность (а не выше).
Проверь себя. Воздух насыщен водяным паром (влажность 100 %). Чему равна разность показаний сухого и влажного термометров (в °С)?

Ответ: 0

Практика

Закрепите тему: 17 заданий для ОГЭ и ЕГЭ

От простых к сложным: базовый уровень — 5, повышенный — 11, высокий — 1. Мгновенная проверка, подсказки, подробные решения и тренажёр ошибок.

Решать задания по теме Флеш-карточки