ID: 00015769
В сосуде под поршнем находится воздух с относительной влажностью \varphi=40\,\%. Объём воздуха изотермически уменьшили в 5 раз. Какая часть \alpha исходного количества водяных паров сконденсировалась при сжатии?
Источник: Сборник Гиголо
Пока пар не насыщен, при сжатии его давление растёт по закону Бойля — Мариотта. Но у давления есть «потолок» — давление насыщения p_{\text{нп}}. Как только пар упёрся в потолок, лишняя вода конденсируется, а пар дальше остаётся насыщенным. Надо понять, насытился ли пар, и сравнить массы до и после.
Сначала давление пара было p=\varphi\,p_{\text{нп}}=0{,}4\,p_{\text{нп}}. Если бы конденсации не было, после сжатия в 5 раз оно стало бы 5\cdot0{,}4\,p_{\text{нп}}=2\,p_{\text{нп}} — это вдвое выше потолка. Значит пар точно насытился, и часть его выпала в воду. В конце давление пара ровно p_{\text{нп}}.
Масса пропорциональна p\cdot V (при той же T). Начальная: m_0\sim\varphi\,p_{\text{нп}}\cdot V. Конечная (пар насыщен, объём V/5): m_1\sim p_{\text{нп}}\cdot\dfrac{V}{5}.
\alpha=1-\dfrac{m_1}{m_0}=1-\dfrac{p_{\text{нп}}\cdot V/5}{0{,}4\,p_{\text{нп}}\cdot V}=1-\dfrac{1/5}{0{,}4}=1-0{,}5=0{,}5.
Подвох в том, что нельзя просто сказать «сжали в 5 раз — масса не изменилась»: масса пара уменьшается ровно настолько, насколько пар «не влез» под потолок насыщения.
Ответ: 0,5