Влажность — Задание 10 ЕГЭ по физике №00047549

В сосуде одновременно есть вода и водяной пар, и при нагреве немного воды в нём всё время остаётся. Будем считать сосуд закрытым: иначе пар просто уходил бы наружу. Тогда пар над водой всё время насыщенный — он находится в равновесии со своей жидкостью: сколько молекул за секунду вылетает из воды, столько же возвращается в неё обратно.

Плотность пара. Плотность насыщенного пара зависит только от температуры и быстро растёт при нагреве. Например, при $20\,^\circ\text{C}$ она около $17$ г/м³, а при $30\,^\circ\text{C}$ — уже около $30$ г/м³. Температуру увеличили, пар остался насыщенным — значит, плотность водяного пара увеличилась.

Масса воды. Объём стеклянного сосуда практически не меняется, поэтому масса пара $m_{\text{п}}=\rho_{\text{п}}V$ выросла вместе с его плотностью. Откуда взялись новые молекулы пара? Только из жидкости: при нагреве молекулы воды движутся быстрее и вылетают из неё чаще, чем возвращаются, — часть воды испаряется, пока пар не станет насыщенным уже при новой температуре.

Вся вода в сосуде — это жидкость плюс пар, и её общая масса не меняется:

$$m_{\text{ж}}+m_{\text{п}}=\text{const}$$

Масса пара выросла, поэтому масса жидкой воды уменьшилась.

Проверим себя энергией: подведённое к сосуду тепло идёт не только на нагрев, но и на испарение части воды — жидкости действительно становится меньше.

Итог: масса воды — уменьшится, плотность водяного пара — увеличится.