В вертикальном цилиндрическом сосуде находится воздух, водяной пар и кали воды на стенках сосуда. Поршень начинают медленно поднимать, увеличивая объём сосуда. В середине процесса подъёма поршня, капли воды в сосуде исчезают, температура пара остаётся неизменной в течение всего процесса подъёма поршня. Как будет меняться при этих процессах влажность воздуха в сосуде? Ответ поясните, указав какие физические явления и закономерности Вы использовали для  объяснения.

Данная задача является ещё одним подтверждением, что для того, чтобы правильно отвечать на вопросы по теме «Влажность воздуха», нужно чётко представлять себе все процессы, происходящие в системе, с молекулярной точки зрения.

Как обычно, ответ на вопрос задачи начинаем с анализа начальных условий.

Раз в начальный момент времени в сосуде находится воздух, водяной пар и кали воды на стенках сосуда, следовательно водяные пары являются насыщенными и влажность воздуха в начальный момент времени равна 100%.

В процессе увеличения объёма, количество капелек воды на стенках сосуда будет уменьшаться — капли начнут испаряться. Таким образом в сосуде до середины процесса влажность воздуха будет оставаться 100%: водяной пар и находящаяся там вода будут находится в состоянии динамического равновесия. За счёт испарения концентрация водяных паров в сосуде будет оставаться постоянной.

Как только все капли испаряться, влажность воздуха, по мере поднятия поршня начнёт уменьшаться — водяной пар перестаёт быть насыщенным.

Концентрация водяного пара будет уменьшаться за счёт увеличения объёма сосуда, и, следовательно, парциальное давление водяного пара будет уменьшаться  (согласно основного уравнения МКТ — p=nkT), тогда как давление насыщенных водяных паров (табличная величина) при неизменной температуре процесса будет оставаться постоянным.

Запись Изменение влажности воздуха впервые появилась Физика дома.

Запись Газовые законы. Влажность воздуха впервые появилась Физика дома.

Над поверхностью площадью 5 км² слой воздуха толщиной 1000 м имеет температуру 20⁰С при относительной влажности воздуха 70%. Воздух охладился до 10⁰С. Найти массу выпавшего дождя. Плотность насыщенного водяного пара при температурах 20⁰С и 10⁰С равна, соответственно 17,3 г/м³ и 9,4 г/м³.

По данным в условии задачи можно определить массу водяных паров, содержащихся в воздухе, при начальных условия.

Очевидно, что с понижением, температуры воздух становится более насыщенным, и в некоторый момент времени водяные пары становятся насыщенными. Начинается дождь. При температуре 10 градусов воздух насыщен водяными парами, и относительная влажность воздуха в этот момент составляет 100%. Определяем массу водяных паров, но теперь уже в конечном состоянии после понижения температуры.

Разность масс воды в начальном и конечном состоянии и будет являться массой выпавшего дождя (массу выпавшей росы можно определить аналогичным образом).

Важно! Массу водяных паров удобнее определять зная абсолютную влажность воздуха (плотность водяных паров). Хотя при желании можно воспользоваться и уравнением состояния идеального газа (уравнением Менделеева — Клапейрона). При решении задач подобного типа водяные пары, содержащиеся в воздухе, считаем идеальным газом.

Запись Масса выпавшего дождя впервые появилась Физика дома.

В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 29⁰С на стенке стакана с холодной водой начинается конденсация паров воды из воздуха, если снизить температуру стакана до 25⁰с. По результатам этих экспериментов определите относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. Изменится ли относительная влажность при повышении температуры воздуха в комнате, если конденсация паров воды из воздуха будет начинается при той же температуре стакана 25⁰С? Давление и плотность насыщенного водяного пара при различной температуре показано в таблице:

	7	9	11	12	13	14	15	16	19	21	23	25	27	29	40	60
	10	11	13	14	15	16	17	18	22	25	28	32	36	40	74	200
	7,7	8,8	10,0	10,7	11,4	12,11	12,8	13,6	16,3	18,4	20,6	23,0	25,8	28,7	51,2	130,5

Чтобы ответить на вопрос задачи, необходимо вспомнить формулу для определения относительной влажности воздуха.

Где р₀ — давление насыщенных водяных паров при температуре 29⁰С, а р — парциальное давление водяных паров при 25⁰С. Подставляя из таблицы данные в формулу относительной влажности воздуха, отвечаем на первый вопрос задания — относительная влажность воздуха равна 80%.

При повышении температуры воздуха в комнате, давление насыщенных водяных паров будет увеличиваться, то есть знаменатель в дроби увеличится. А следовательно, можно сделать вывод, что относительная влажность воздуха — уменьшится.

Так при температуре 40⁰С, относительная влажность будет равна 45%.

Запись Определение относительной влажности воздуха впервые появилась Физика дома.

В комнате объемом 120 м³ при температуре 15⁰С относительная влажность воздуха 60%. Определить массу водяного пара в воздухе комнаты. Давление насыщенного водяного пара при 15⁰С равно 1,705 кПа.

При решении задач подобного рода необходимо понимать, что:

• водяной пар мы считаем идеальным газом, и следовательно для него применимо уравнение состояния идеального  газа (уравнение Менделеева — Клапейрона).
• относительную влажность воздуха можно вычислять по двум формулам (через отношение давлений и через отношение плотностей водяных паров)

В видео представлены два возможные способа решения задачи. Для обоих способов необходима таблица «Давление и плотность насыщенного водяного пара при различных температурах».

Предлагаю подставить численный значения физических величин в формулу, выведенную во втором варианте решения задачи, и убедиться, что ответ получается такой же.

Запись Определение массы водяных паров впервые появилась Физика дома.