ID: 00017508
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 29\,^\circ\text{C} на стенке стакана с холодной водой начинается конденсация паров воды из воздуха, если снизить температуру стакана до 27\,^\circ\text{C}.
По результатам этих экспериментов определите абсолютную и относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. Поясните, почему конденсация паров воды в воздухе может начинаться при различных значениях температуры. Давление и плотность насыщенного водяного пара при различной температуре показаны в таблице.
Источник: ФИПИ
Стакан здесь — «измеритель точки росы». Пока стенка тёплая, пар на ней не оседает. Как только её охлаждают до температуры, при которой пар, реально находящийся в комнате, становится насыщенным, начинается конденсация. Эта температура — точка росы, и здесь она равна 27\,^\circ\text{C} (совсем близко к температуре комнаты — значит воздух очень влажный).
В точке росы реальный пар комнаты как раз достигает насыщения. Поэтому и его плотность, и его давление в комнате равны насыщенным значениям при 27\,^\circ\text{C}.
Абсолютная влажность — это масса пара в кубометре воздуха, то есть плотность пара. Она равна плотности насыщенного пара при точке росы:
\rho = \rho_{\text{нас}}(27\,^\circ\text{C}) = 25{,}8\ \text{г/м}^3.
Из таблицы:
реальное давление пара \;p = p_{\text{нас}}(27\,^\circ\text{C}) = 36\ \text{гПа};
предел при температуре комнаты \;p_0 = p_{\text{нас}}(29\,^\circ\text{C}) = 40\ \text{гПа}.
\varphi = \dfrac{p}{p_0}\cdot 100\% = \dfrac{36}{40}\cdot 100\% = 90\%.
Высокая влажность — логично: пара так много, что хватило понизить температуру всего на 2\,^\circ\text{C}, чтобы он начал выпадать росой.
Точка росы — это «отпечаток» количества пара в воздухе. Много пара — воздух насыщается легко, уже при высокой температуре (точка росы высокая). Мало пара — нужно сильнее охладить, чтобы он стал насыщенным (точка росы низкая). Поэтому у воздуха с разной абсолютной влажностью конденсация начинается при разных температурах.
Ответ: абсолютная влажность \rho \approx 25{,}8\ \text{г/м}^3, относительная влажность \varphi = 90\%.
Абсолютная влажность \rho \approx 25{,}8\ \text{г/м}^3, относительная влажность \varphi = 90\%.
Конденсация начинается при разных температурах потому, что точка росы зависит от количества пара в воздухе: чем больше пара, тем выше температура, при которой он становится насыщенным.