Влажность — Задание 24 ЕГЭ по физике №00002746
Влажность
№2. Задание 24
ID: 00002746
На улице при 17°С относительная влажность воздуха составляет 60 %. При умеренной физической нагрузке через лёгкие человека проходит 15 л воздуха за 1 мин. Выдыхаемый воздух имеет температуру 34 °С и относительную влажность 100 %. Давление насыщенного водяного пара при 17 °С равно 1,94 кПа, а при 34 °С — 5,32 кПа. Какую массу воды теряет тело человека за 20 минут за счёт дыхания? Считать, что объём выдыхаемого воздуха равен объёму, который проходит через лёгкие человека. Влажность воздуха на улице считать неизменной. (Ответ дайте в г.)
Источник: ФИПИ
Решение
Дано:
$T_1 = 17°C = 290 \text{ К}$ (температура на улице)
$\varphi_1 = 60\% = 0{,}6$ (относительная влажность на улице)
$T_2 = 34°C = 307 \text{ К}$ (температура выдыхаемого воздуха)
$\varphi_2 = 100\% = 1$ (относительная влажность выдыхаемого воздуха)
$p_{\text{н1}} = 1940 \text{ Па}$ (давление насыщенного пара при $17°C$)
$p_{\text{н2}} = 5320 \text{ Па}$ (давление насыщенного пара при $34°C$)
$Q_V = 15 \text{ л/мин}$ (объём воздуха через лёгкие)
$\tau = 20 \text{ мин}$ (время)
$\mu = 18 \cdot 10^{-3} \text{ кг/моль}$ (молярная масса воды)
Найти:
$m$ — масса воды, потерянной за $\tau = 20$ мин.
Решение:
Относительная влажность воздуха:
$$\varphi = \frac{p}{p_{\text{н}}}$$
Парциальное давление водяного пара:
$$p_1 = \varphi_1 \cdot p_{\text{н1}} = 0{,}6 \cdot 1940 = 1164 \text{ Па}$$
$$p_2 = \varphi_2 \cdot p_{\text{н2}} = 1{,}0 \cdot 5320 = 5320 \text{ Па}$$
Объём выдыхаемого воздуха за $20$ минут:
$$V = Q_V \cdot \tau = 15 \cdot 20 = 300 \text{ л} = 300 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$$
По уравнению Менделеева–Клапейрона масса водяного пара в объёме $V$ при давлении $p$ и температуре $T$:
$$m = \frac{p \cdot V \cdot \mu}{R \cdot T}$$
Человек теряет воду как разницу между количеством пара при выдыхании (температура $T_2$, давление $p_2$) и количеством пара во вдыхаемом воздухе (температура $T_1$, давление $p_1$):
$$\Delta m = \frac{\mu V}{R} \left( \frac{p_2}{T_2} - \frac{p_1}{T_1} \right)$$
Подставляем числа:
$$\frac{p_2}{T_2} = \frac{5320}{307} \approx 17{,}33 \text{ Па/К}$$
$$\frac{p_1}{T_1} = \frac{1164}{290} \approx 4{,}01 \text{ Па/К}$$
$$\frac{p_2}{T_2} - \frac{p_1}{T_1} \approx 17{,}33 - 4{,}01 = 13{,}32 \text{ Па/К}$$
$$\Delta m = \frac{18 \cdot 10^{-3} \cdot 300 \cdot 10^{-3}}{8{,}31} \cdot 13{,}32 \approx \frac{5{,}4 \cdot 10^{-3}}{8{,}31} \cdot 13{,}32 \approx 8{,}65 \cdot 10^{-3} \text{ кг}$$
$$\Delta m \approx 8{,}65 \text{ г}$$
Ответ
Видеоразбор
Другие задания по теме «Влажность» (8)
- Задание 24 №00043174 — В герметичном сосуде находится водяной пар при температуре t индекс 1 равно 150…
- Задание 24 №00043173 — В герметичном сосуде объёмом V равно 80 л находится водяной пар при температуре…
- Задание 24 №00026790 — Сосуд разделён тонкой перегородкой на две части, отношение объёмов которых…
- Задание 24 №00026528 — Сосуд разделён перегородкой на две части. Объём первой части V индекс 1 = 2 л,…
- Задание 24 №00026524 — В комнате при 20 °С относительная влажность воздуха составляет 40%. В состоянии…
- Задание 24 №00026523 — Влажный воздух находится в вертикальном гладком цилиндрическом сосуде под…
- Задание 24 №00026520 — Давление влажного воздуха в сосуде под поршнем при температуре t равно 100 °С…
- Задание 24 №00026518 — В комнате при 20 °С относительная влажность воздуха составляет 40%. При…