6130 подписчиков

Задача по физике из ЕГЭ: а как правильно ?

26 мая 202326 мая 2023

266

4 мин

Оглавление

Задача
Решение:
Способ 1

Привет, мои маленькие и большие любители физики, математики и программирования. Сегодня заметочка по физике. Да, опять термодинамика на повестке дня. Опять разбираемся с тонкостями написания ЕГЭ по физике. И в этот вечер я предлагаю вам поразмыслить над задачей, в которой получаются различные ответы в зависимости от хода решения (и соответственно хода мышления) решающего. Но где же сокрыта правда?....

Задача

В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 23⁰С на стенке стакана с холодной водой начинается конденсация паров воды из воздуха, если снизить температуру стакана до 12⁰С. 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 показано в таблице:

Решение:

Итак, у нас очередная «влажность», дамы и господа. Вы любите задачи на влажность и термодинамику? Честно признаюсь, я в школе их не переносил, потому что были постоянные путанницы.

Подобная задача была уже разобрана в термодинамической подборке задач по физике из ЕГЭ. Но я хочу сделать еще одно заметку по этой теме.

Один из первых подводных камней — это «гПа» (1 гПа = 10² Па) — гектопаскали, которые часто путают с «ГПа» (1 ГПа = 10⁹ Па) — гигопаскалями. Нужна внимательность и понимание, что парциальное давление ( от латинского partialis — частичный, составляющий часть чего-либо) не может быть слишком большим, особенно когда речь идет об около атмосферных давлениях.

В эксперименте сказано, что у нас начинается конденсация водяного пара на холодном стакане. Получается, что мы достигаем точку росы. Простыми словами — мы имеем 100% относительную влажность воздуха в этот момент, то есть давление водяного пара (числитель в формуле относительной влажности) в комнате (в целом в комнате) становится таким же, как и давление насыщенного водяного пара при температуре 12⁰С.

Вопрос для подписчиков: конденсация начинается на внутренних стенках, у поверхности воды или на внешних стенках? И почему?

Тогда получается, что по моменту конденсации мы можем найти парциальное давление водяного пара в комнате. Перейдем к математике и найдем относительную влажность в комнате.

Здесь, вроде бы, без вопросов. Главное — догадаться до информации, которую мы можем извлечь из условия. Это ещё один подвох в задаче. Не сразу решающий понимает что именно ему нужно подставлять. Когда человек сообразил, то дальше дело в расчете одной формулы.

Когда нужно находить абсолютную влажность, то мы сталкиваемся с основным подвохом данной задачи, из-за которого я затеял эту заметку.

Кстати говоря, иногда в таких задачах еще дается объем комнаты, он не всегда нужен (Например, он бывает нужен, чтобы найти массу водяного пара в помощении, но это не наш случай). Не бойтесь, если вам попадаются лишние данные в условии. Горе-составители ЕГЭ любят пихать в условия всякую ерунду и составлять задачи так, чтобы трактовать можно было двояко. Здесь мы ничего не сделаем, нужно приспосабливаться.

Напомню, что абсолютная влажность — это физическая величина, показывающая массу водяных паров, содержащихся в 1 м³ воздуха. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе. Обозначается либо как плотность ρ, либо буквой f. Считается тоже как m/V, где m - масса водяного пара, содержащаяся в объеме влажного воздуха V.

Дело в том, что абсолютную влажность можно определить следующим способом (это будет 1-й способ):

Способ 1

Но в то же время, абсолютную влажность можно определить и другим способом (2-й способ).

Способ 2

Итак, необязательно использовать табличные пропорции для определения абсолютной влажности. Ответы получаются очень близкими, на уровне погрешности измерений. Но встает закономерный вопрос:

Как нужно будет сделать «правильно», чтобы горе-эксперты комиссии ЕГЭ засчитали учащимся эту задачу? Да и в целом, если не ориентироваться на ЕГЭ, будут ли данные решения эквивалентно корректны? Напишите ваше мнение в комментариях.

Конденсация водяного пара происходит при условии равенства давления водяного пара, находящегося в помещении, давлению насыщенного водяного пара при данной температуре. Но давление насыщенного водяного пара зависит от температуры (вспомните уравнения состояния идеального газа, формула Менделеева-Клапейрона). Отсюда выходит, что при разных соотношения массы водяного пара к объему помещения (т.е. разной плотности водяного пара) температура начала конденсации (точки росы) получается различной.