Влажность (нет… — Задание 21 ЕГЭ по физике №00016529

Что происходит

Представь, что воздух под колоколом — это комната, где живёт водяной пар. Когда насос откачивает воздух, давление падает. При расширении газ охлаждается (адиабатное расширение). Температура опускается ниже точки росы — пар становится пересыщенным и хочет сконденсироваться в капельки. Но чтобы капля «родилась», ей нужна опора — ядро конденсации (пылинка, частица сажи). Дым от спички как раз даёт миллиарды таких пылинок. На них пар и оседает — образуется туман.

Когда мы напускаем воздух обратно — давление растёт, газ сжимается и нагревается. Температура поднимается выше точки росы, пар снова становится ненасыщенным, капельки испаряются. Туман исчезает почти мгновенно, потому что капли очень маленькие и испаряются быстро.

Почему (законы)

1. Адиабатное охлаждение при расширении. При откачке воздух расширяется практически без теплообмена со стенками (быстрый процесс). По первому началу термодинамики: $\Delta U = Q - A$; при адиабатном процессе $Q = 0$, поэтому газ совершает работу за счёт внутренней энергии → температура падает.

2. Насыщенный пар и точка росы. Вода с ваты постоянно испаряется, поддерживая высокую влажность под колоколом. При охлаждении давление насыщенного пара снижается, а абсолютная влажность не успевает измениться — пар оказывается пересыщенным (относительная влажность > 100%).

3. Ядра конденсации. Конденсация на ровной поверхности требует очень высокого пересыщения (эффект Кельвина — маленькая капля имеет большое давление насыщенного пара). Частицы дыма снижают энергетический барьер и делают конденсацию возможной при умеренном пересыщении. Без дыма — ядер нет, капли не образуются.

4. При напускании воздуха идёт обратное: адиабатное сжатие → нагрев → пар снова ненасыщен → капли испаряются.

Ответ: Туман исчезает, потому что при напускании воздуха газ сжимается и нагревается, пар перестаёт быть насыщенным и капли испаряются. Дым служит ядрами конденсации: без него пар не может сконденсироваться, так как образование капель на чистом воздухе требует очень большого пересыщения.