Решение.
Начало конденсации означает, что водяной пар стал насыщенным, и относительная влажность воздуха стала равной 100 %. При этом давление пара равно 14 гПа, а его плотность 10,7 г/см3 – это и есть абсолютная влажность воздуха. Поскольку при температуре 23оС давление насыщенного пара равно 28 гПа, то относительная влажность воздуха в комнате φ = 14/28 = 0,5 = 50 %.
Конденсация паров воды начинается тогда, когда парциальное давление водяного пара станет равным давлению насыщенного пара. Поскольку давление газа p = nkT определяется его концентрацией, а следовательно, плотностью, и температурой, а давление насыщенного пара зависит от температуры, то конденсация может начинаться при разных температурах в зависимости от абсолютной влажности (плотности) пара.
9.
Широкую стеклянную трубку длиной около полуметра, запаянную с одного конца, целиком заполнили водой и установили вертикально открытым концом вниз, погрузив низ трубки на несколько сантиметров в тазик с водой. При комнатной температуре трубка остается целиком заполненной водой. Воду в тазике медленно нагревают. Где установится уровень воды в трубке, когда вода в тазике начнет закипать? Ответ поясните, указав, какие физические явления закономерности вы использовали для объяснения.
Ответ: при кипении вода в трубке установится на уровне воды в тазике.
Решение (вариант 1) (д.Д.Гущин)
1. При комнатной температуре вода занимает весь объем трубки и не выливается из нее, потому что давление насыщенного водяного пара при комнатной температуре очень невелико (менее 3% от нормального атмосферного давления), и «торричеллиева пустота», заполненная насыщенным водяным паром, над водой возникнет только если высота водяного столба будет примерно 10 метров.
2. С ростом температуры воды давление ее насыщенного пара растет, пока при температуре кипения не сравняется с внешним атмосферным давлением.
3. Поэтому, когда температура воды в трубке приблизится к температуре кипения, над водой в трубке появится торричеллиева пустота», заполненная насыщенным водяным паром. С дальнейшим повышением температуры уровень воды в трубке будет понижаться. При температуре кипения достигается равенство давления насыщенного водяного пара в трубке и атмосферного давления, поэтому уровень воды в трубке и в тазике одинаков.
1
0.
Вася и Петя должны охладить воду одинаковой массы в двух одинаковых высоких мензурках от температуры t1 = 4оС до t2 = 1оС, используя одинаковые кусочки тающего льда. Вася охлаждает верхнюю часть сосуда с водой, поместив кусочек льда в верхней части мензурки, а Петя – удерживая кусочек льда вблизи дна. Кто быстрее справится с заданием? График зависимости плотности воды от температуры приведен на рисунке. Ответ поясните, указав какие физические явления и закономерности вы использовали для обоснования.
Ответ: Быстрее справится с заданием Петя.
Решение:
Наиболее эффективная теплопередача в жидкости осуществляется путем конвекции. При охлаждении воды она возникает под действием силы тяжести и силы Архимеда, вследствие различий в плотности холодной и теплой воды. В соответствии с законом Архимеда, более плотная вода перемещается вниз, а менее плотная – вверх. В
указанном интервале температур холодная вода имеет меньшую плотность и движется от кусочка льда вверх.
Чтобы правильно использовать механизм конвекции, лёд нужно разместить в воде так, чтобы обеспечить условия для ее свободной циркуляции, т.е. снизу, как это сделал Петя.
11.
Каким образом установка батарей отопления под окном помогает выравниванию температур в комнате в зимнее время? Ответ поясните, используя физические закономерности.