03 Молекулярная физика. Влажность
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В опыте, иллюстрирующем зависимость температуры кипения от давления воздуха, кипение воды под колоколом воздушного насоса происходит уже при комнатной температуре, если давление достаточно мало. Используя график зависимости давления насыщенного пара от температуры, укажите, при какой температуре закипит вода, если под колоколом создать давление 40 гПа. Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения
Источники:
Кипением называется парообразование, которое происходит не только с поверхности жидкости, граничащей с воздухом, но и с поверхности пузырьков насыщенного пара, образующихся в толще жидкости, что резко увеличивает количество испарившейся жидкости. Всплывающие пузырьки вызывают интенсивное перемешивание жидкости. Когда давление внутри пузырьков пара равно сумме атмосферного давления и давления столба жидкости начнется процесс кипени:
В сосуде , поэтому условие возникновения кипения
. Следовательно, если давление воздуха под
колоколом будет равно 40 гПа, то в соответствии с графиком температура кипения воды составит
.
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное правильное решение, включающее правильный | 3 |
ответ (в данном случае: п. 1) | |
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием | |
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: условие кипения жидкости, температура кипения) | |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении | 2 |
имеется один или несколько из следующих недостатков. | |
| |
В объяснении не указано или не используется одно из физических | |
явлений, свойств, определений или один из законов (формул), | |
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, | |
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим | |
законом, свойством, явлением, определением и т.п.) | |
И (ИЛИ)
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но в них содержится один логический недочёт. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеется неточность в указании на одно из физических | |
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для | |
полного верного объяснения | |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, | |
но в нём не указаны два явления или физических закона, | |
необходимых для полного верного объяснения. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные | |
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие | |
к ответу, содержат ошибки. | |
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на | |
решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В опыте, иллюстрирующем зависимость температуры кипения от давления воздуха, кипение воды под колоколом воздушного насоса происходит уже при комнатной температуре, если давление достаточно мало. Используя график зависимости давления насыщенного пара от температуры, укажите, при какой температуре закипит вода, если под колоколом создать давление 70 гПа. Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения
Кипением называется парообразование, которое происходит не только с поверхности жидкости, граничащей с воздухом, но и с поверхности пузырьков насыщенного пара, образующихся в толще жидкости, что резко увеличивает количество испарившейся жидкости. Всплывающие пузырьки вызывают интенсивное перемешивание жидкости. Когда давление внутри пузырьков пара равно сумме атмосферного давления и давления столба жидкости начнется процесс кипени:
В сосуде , поэтому условие возникновения кипения
. Следовательно, если давление воздуха под
колоколом будет равно 70 гПа, то в соответствии с графиком температура кипения воды составит
.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В стеклянном цилиндре под поршнем при комнатной температуре длительное время находятся только вода и ее пар. Масса
жидкости в два раза больше массы пара. Первоначальное состояние системы показано точкой на
-диаграмме. Медленно
перемещая поршень, увеличивают объем при постоянной температуре от
до
Постройте график зависимости давления
в
цилиндре от объёма
на отрезке от
до
. Укажите, какими закономерностями Вы при этом воспользовались
1) В начальном состоянии над водой находится насыщенный водяной пар, так как за длительное время в системе установилось
термодинамическое равновесие.Пока в цилиндре остается вода, при медленном расширении при постоянной температуре пар
остается насыщенным. Поэтому график будет графиком константы, то есть отрезком горизонтальной прямой. Количество
воды в цилиндре при этом убывает. Масса воды в два раза больше массы пара. Поэтому, во-первых, в начальном состоянии
насыщенный пар занимает объем, равный
. Во-вторых, чтобы вся вода испарилась, нужно объем под поршнем увеличить еще на
. Это соображение можно объяснить из закона Менделеева - Клапейрона:
После испарения всей воды количество
молекул воды в сосуде станет
. Т.е.:
Таким образом, горизонтальный отрезок описывает зависимость на участке от
до
.
2) На участке от до
, после испарения всего количества воды, в сосуде под поршнем находится ненасыщенный водяной
пар. Давление ненасыщенного водяного пара подчиняется закону Бойля — Мариотта:
графиком этой зависимости
является гипербола .
3) Подведём итог и изобразим сам график: на участке от до
график
— горизонтальный отрезок прямой, на
участке от
до
— фрагмент гиперболы.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В стеклянном цилиндре под поршнем при комнатной температуре длительное время находятся влажный воздух и вода.
Первоначальное состояние системы показано точкой на -диаграмме. Медленно перемещая поршень, увеличивают объем при
постоянной температуре от
до
Когда объём достигает значения
воды в сосуде не остается. Постройте график
зависимости давления
в цилиндре от объёма
на отрезке от
до
. Укажите, какими закономерностями Вы при этом
воспользовались
Так как в сосуде длительное время находится вода и влажный воздух, то пар насыщенный. При этом в процессе температура
постоянна, значит, давление насыщенного пара в ходе процесса будет также постоянно .
В процессе движения от до
вода испаряется, но при этом пар остается насыщенным, значит, его давление постоянно и
равно давлению насыщенного пара (
).
Далее в ходе движения от до
пар уже не насыщенный, поэтому он подчиняется законам идеального газа. Так как процесс
изотермический (по условию), то по закону Бойля-Мариотта
и график представляет собой изотерму (гиперболу). При
этом так как объём увеличивается в 2 раза, то давление уменьшается в 2 раза.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В стеклянном цилиндре под поршнем при комнатной температуре находятся только водяной пар. Первоначальное состояние системы
показано точкой на -диаграмме. Медленно перемещая поршень, уменьшают объем при постоянной температуре от
до
.
Когда объём достигает значения
, на внутренней стороне стенок цилиндра выпадает роса. Постройте график зависимости
давления
в цилиндре от объёма
на отрезке от
до
. Укажите, какими закономерностями Вы при этом воспользовались
Источники:
Раз при на стенках цилиндра выпадает роса, то при этом пар становится насыщенным и происходит явление конденсации.
Таким образом первый процесс — изотермическое сжатие от
до
, которое подчиняется закону Бойля-Мариотта. В это
время растет относительная влажность
.
Заметим, что давление насыщенного пара зависит только от температуры. Так как температура в системе постоянна, то после
достижении относительной влажности дальнейшее сжатие до
будет происходить при постоянном давлении
. Это
легко объясняется через формулу относительной влажности:
А также в этом процессе будет происходить конденсация.
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное правильное решение, включающее правильный | 3 |
ответ (в данном случае: график зависимости давления под поршнем от объёма при постоянной температуре, где верно указаны числовые данные п. 1) | |
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием | |
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: конденсация пара, зависимость давления насыщенного пара только от температуры, закон Бойля – Мариотта для ненасыщенного пара) | |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении | 2 |
имеется один или несколько из следующих недостатков. | |
| |
В объяснении не указано или не используется одно из физических | |
явлений, свойств, определений или один из законов (формул), | |
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, | |
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим | |
законом, свойством, явлением, определением и т.п.) | |
И (ИЛИ)
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но в них содержится один логический недочёт. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеется неточность в указании на одно из физических | |
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для | |
полного верного объяснения | |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, | |
но в нём не указаны два явления или физических закона, | |
необходимых для полного верного объяснения. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные | |
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие | |
к ответу, содержат ошибки. | |
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на | |
решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В одном сосуде под поршнем в объёме при комнатной температуре находится только насыщенный водяной пар и вода,
которая занимает малый объём. В другом сосуде под поршнем в объёме
при том же давлении
находится сухой
воздух. Воздух и водяной пар изотермически сжимают так, что объём под поршнем уменьшается в 2 раза. Постройте
графики этих двух процессов в переменных
. Опираясь на законы молекулярной физики, объясните построение
графиков.
Источники:
При изотермическом сжатии сухого воздуха справедлив закон Бойля-Мариотта: давление обратно пропорционально объёму
Графически такая зависимость представляет собой гиперболу. Из закона Бойля-Мариотта следует, что если объём газа
уменьшился в 2 раза, то давление увеличится в два раза.
Изобразим график:
Теперь изобразим то же самое для воды и водяного пара. Так как давление насыщенного пара зависит лишь от температуры, относительная влажность равна 100 процентам (максимальное значение), то относительная влажность постоянна. Из этого следует, что и давление водяных паров постоянно, поэтому график будет выглядеть следующим образом:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное правильное решение, включающее правильный | 3 |
ответ (в данном случае: нарисованы графики) | |
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием | |
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: сказано про зависимость давления насыщенного пара от температуры, закон Бойля-Мариотта) | |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении | 2 |
имеется один или несколько из следующих недостатков. | |
| |
В объяснении не указано или не используется одно из физических | |
явлений, свойств, определений или один из законов (формул), | |
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, | |
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим | |
законом, свойством, явлением, определением и т.п.) | |
И (ИЛИ)
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но в них содержится один логический недочёт. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеется неточность в указании на одно из физических | |
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для | |
полного верного объяснения | |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, | |
но в нём не указаны два явления или физических закона, | |
необходимых для полного верного объяснения. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные | |
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие | |
к ответу, содержат ошибки. | |
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на | |
решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В одном сосуде под поршнем находится водяной пар при относительной влажности 75%. Во втором сосуде под поршнем находится
только воздух. Объём обоих сосудов изотермически уменьшают в два раза. Начертите график в осях для обоих сосудов и
обоснуйте их вид, опираясь на физические законы.
В процессе температура постоянна, значит, давление насыщенного пара в ходе процесса будет также постоянно
.
Относительная влажность равна
где – давление водяного пара.
Пусть начальный объём равен . Так как относительная влажность водяного пара равна 0,75, то чтобы пар
стал насыщенным его объём должен уменьшиться до
, когда пар станет насыщенным начнется конденсация
водяных паров и давление перестанет увеличиваться и будет равным давлению насыщенных паров. График показан
ниже.
Воздух будет подчиняться закону Бойля-Мариотта . При уменьшении объёма в 2 раза давление увеличится в 2 раза
по гиперболы. Его график представлен ниже.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В сосуде, закрытом поршнем, находится при комнатной температуре воздух, относительная влажность которого равна 50 %, а масса
пара равна . Поршень медленно вдвигают в сосуд, уменьшая его объём в 8 раз, при постоянной температуре. Нарисуйте график
зависимости массы пара в сосуде в этом процессе от объёма сосуда.
1. Обозначим начальные объём и давление пара через и
соответственно. Изменение массы пара(конденсация пара) начнётся
тогда, когда давление пара станет равна
.
2. Так как температура неизменна, то по закону Бойля-Мариотта конденсация начнется при объёме
Так как при конденсации давление будет постоянно, то все изменение объёма будет связано с изменением массы пара. Рассмотрим Уравнение Менделеева-Клапейрона. Т.к. мы уже изменили объём в 2 раза, то ,исходя из условия, мы его еще уменьшаем в 4 раза.
Запишем Уравнение Менделеева-Клапейрона для :
, T - температура в комнате,
- молярная масса воздуха.
И для конечного состояния:
.
Делим их друг на друга, получаем:
. То есть, масса оставшегося пара будет равна
3. Не трудно заметить, что при объёме масса оставшегося пара будет равна
, а при
-
. Тогда график
зависимости массы пара в сосуде от объёма будет выглядеть так:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное правильное решение, включающее правильный | 3 |
ответ (в данном случае: построен график) | |
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием | |
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: записано уравнение Менделеева-Клапейрона, использован закон Бойля-Мариотта, описан процесс конденсации водяного пара, сказано, когда начнется процесс конденсации водяного пара) | |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении | 2 |
имеется один или несколько из следующих недостатков. | |
| |
В объяснении не указано или не используется одно из физических | |
явлений, свойств, определений или один из законов (формул), | |
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, | |
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим | |
законом, свойством, явлением, определением и т.п.) | |
И (ИЛИ)
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но в них содержится один логический недочёт. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеется неточность в указании на одно из физических | |
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для | |
полного верного объяснения | |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, | |
но в нём не указаны два явления или физических закона, | |
необходимых для полного верного объяснения. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные | |
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие | |
к ответу, содержат ошибки. | |
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на | |
решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В сосуде, закрытом поршнем, находится при комнатной температуре воздух, относительная влажность которого равна 100%, при
этом масса пара равна , а также вода массой
. Поршень медленно выдвигают из сосуда, увеличивая его объём в 8
раз, при постоянной температуре. Нарисуйте график зависимости массы пара в сосуде в этом процессе от объёма
сосуда.
Так как в сосуде длительное время находится вода и влажный воздух, то пар насыщенный. В процессе температура постоянна,
значит, давление насыщенного пара в ходе процесса будет также постоянно. . Запишем уравнение
Менделеева-Клапейрона:
где – давление водяного пара,
– объём воздуха,
– масса пара,
– температура,
– молярная масса
пара.
Чтобы вся вода испарилась (масса пара станет равна ) необходимо увеличить объём в 2 раза, при этом этот процесс происходит
при постоянном давлении. Далее вода полностью испарилась и масса пара перестанет меняться.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают вдвигать в сосуд. При этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом отношение массы пара к массе жидкости в сосуде? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
Источники:
Так как вода и пар находятся в сосуде длительное время. то пар становится насыщенным (относительная влажность равна
100%)
Из видно ,что при постоянном давлении, температуре уменьшение объема возможно при уменьшении
–
массы.Откуда масса газа уменьшается, масса воды увеличивается
При вдвигании поршня в сосуд объем изотермически уменьшили, так как процесс изотермический, то давление насыщенных паров
не изменилось. Так как относительная влажность находится по формуле:
где – давление пара,
– давление насыщенных паров, то влажность должна увеличиться, но так как относительная
влажность 100%, то она не будет увеличиваться, а будет происходить конденсация водяных паров, то есть масса воды будет
увеличиться, а масса пара уменьшаться, то есть отношение будет уменьшаться.
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное правильное решение, включающее правильный | 3 |
ответ (в данном случае: водяной пар становится насыщенным) | |
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием | |
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: независимость плотности (давления) насыщенного пара от объёма при данной температуре) | |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении | 2 |
имеется один или несколько из следующих недостатков. | |
| |
В объяснении не указано или не используется одно из физических | |
явлений, свойств, определений или один из законов (формул), | |
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, | |
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим | |
законом, свойством, явлением, определением и т.п.) | |
И (ИЛИ)
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но в них содержится один логический недочёт. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеется неточность в указании на одно из физических | |
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для | |
полного верного объяснения | |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, | |
но в нём не указаны два явления или физических закона, | |
необходимых для полного верного объяснения. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные | |
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие | |
к ответу, содержат ошибки. | |
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на | |
решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают выдвигать из сосуда. При этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом отношение массы пара к массе жидкости в сосуде? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
Так как в сосуде длительное время находится вода и влажный воздух, то пар насыщенный. При этом в процессе температура
постоянна, значит, давление насыщенного пара в ходе процесса будет также постоянно .
При движении поршня жидкость будет испаряться, а масса пара будет увеличиваться, то есть искомое соотношение
будет увеличиваться. При этом в какой-то момент времени вся жидкость испарится и масса пара больше не будет
изменяться.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают медленно выдвигать из сосуда. При этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
Так как вода и пар находятся в сосуде длительное время, то пар становится насыщенным (относительная влажность равна
100%).
При выдвигании поршня из сосуда объём будет увеличиваться, значит, жидкость начнет испаряться и будет испаряться до тех пор
пока не испарится полностью или движение поршня не прекратится.
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное правильное решение, включающее правильный | 3 |
ответ (в данном случае: п.1) | |
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием | |
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: упоминание, что спустя длительное время нахождения жидкости и пара в сосуде, пар станет насыщенным. Сказана взаимосвязь между температурой и давлением насыщенных паров. Сказано, как будет меняться масса жидкости, в зависимости от движения поршня) | |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении | 2 |
имеется один или несколько из следующих недостатков. | |
| |
В объяснении не указано или не используется одно из физических | |
явлений, свойств, определений или один из законов (формул), | |
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, | |
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим | |
законом, свойством, явлением, определением и т.п.) | |
И (ИЛИ)
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но в них содержится один логический недочёт. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеется неточность в указании на одно из физических | |
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для | |
полного верного объяснения | |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, | |
но в нём не указаны два явления или физических закона, | |
необходимых для полного верного объяснения. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные | |
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие | |
к ответу, содержат ошибки. | |
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на | |
решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В вертикальном цилиндрическом сосуде под поршнем находится воздух, водяной пар и капли воды на стенках сосуда. Поршень начинают медленно поднимать, увеличивая объём сосуда. В середине процесса подъёма поршня, капли воды в сосуде исчезают, температура пара остается неизменной в течение всего процесса подъёма поршня. Затем сосуд с паром нагревают при неизменном положении поршня. Как будет меняться при этих процессах влажность воздуха в сосуде? Ответ поясните, указав какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.
Так как вода и пар находятся в сосуде длительное время, то пар становится насыщенным (относительная влажность равна
100%)
При выдвигании поршня капли воды будут испаряться и пар будет насыщенным (а его давление равно давлению насыщенных
паров).
В момент, когда жидкость полностью испарится пар подчиняется закону Менделеева-Клапейрона:
где – давление водяного пара,
– масса пара,
– его объём,
– молярная масса пара,
– температура.
Относительная влажность равна
где – плотность водяного пара,
– давление насыщенного пара,
– плотность насыщенных паров.
Так как объём увеличивается при постоянной температуре, то давление будет уменьшаться и относительная влажность также будет
уменьшаться, так как давление насыщенного пара зависит от температуры.
В процессе нагрева положение поршня неизменно. Плотность водяного пара равна
Следовательно, плотность водяного пара остается неизменной (так как масса пара и объём не изменились), при этом плотность насыщенных паров увеличивается, что означает, что относительная влажность уменьшится.
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное правильное решение, включающее правильный | 3 |
ответ (в данном случае: п.1) | |
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием | |
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: сделан обоснованный вывод о том, что в начале процесса в сосуде находится насыщенный водяной пар, записана формула относительной влажности воздуха через его парциальное давление и давление насыщенных водяных паров при данной температуре, сделан обоснованный вывод о постоянстве давления насыщенного пара во время подъема поршня, сделан верный вывод о постоянстве плотности водяного пара и увеличении плотности насыщенного пара при изохорном нагревании сосуда, записана формула для относительной влажности воздуха через плотность водяного пара, сделан верный вывод о том, как изменяется относительная влажность воздуха во время изохорного нагревания сосуда) | |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении | 2 |
имеется один или несколько из следующих недостатков. | |
| |
В объяснении не указано или не используется одно из физических | |
явлений, свойств, определений или один из законов (формул), | |
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, | |
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим | |
законом, свойством, явлением, определением и т.п.) | |
И (ИЛИ)
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но в них содержится один логический недочёт. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеется неточность в указании на одно из физических | |
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для | |
полного верного объяснения | |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, | |
но в нём не указаны два явления или физических закона, | |
необходимых для полного верного объяснения. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные | |
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие | |
к ответу, содержат ошибки. | |
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на | |
решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Стеклянный сосуд, содержащий влажный воздух при , плотно закрыли крышкой и нагрели до
. Опираясь на
законы молекулярной физики, объясните, как изменятся при этом парциальное давление водяного пара и относительная влажность
воздуха в сосуде.
Источники:
Учитывая, что сосуд с паром жесткий, получаем изохорный процесс, при котором объем остается неизменным. Тогда из уравнения Менделеева-Клайперона следует отношение
где и
парциальные давления паров при температурах
соответственно. При увеличении температуры получаем,
что
и из соотношения следует, что и
, то есть давление увеличивается.
При увеличении температуры плотность насыщенного пара будет увеличиваться, а плотность пара в сосуде
где
– масса пара,
– объём сосуда.
Не изменяется (так как сосуд герметичный, масса газов не меняется). Так как относительная влажность воздуха определяется
выражением
то относительная влажность воздуха уменьшится.
Ответ: давление увеличится, относительная влажность уменьшится.
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное правильное решение, включающее правильный | 3 |
ответ (в данном случае: сказано, как изменяется парциальное давление и относительная влажность) | |
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием | |
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: связь давления разреженного газа и его температуры в изохорном процессе, определение относительной влажности, зависимость плотности насыщенных паров от температуры) | |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении | 2 |
имеется один или несколько из следующих недостатков. | |
| |
В объяснении не указано или не используется одно из физических | |
явлений, свойств, определений или один из законов (формул), | |
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, | |
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим | |
законом, свойством, явлением, определением и т.п.) | |
И (ИЛИ)
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но в них содержится один логический недочёт. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеется неточность в указании на одно из физических | |
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для | |
полного верного объяснения | |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, | |
но в нём не указаны два явления или физических закона, | |
необходимых для полного верного объяснения. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные | |
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие | |
к ответу, содержат ошибки. | |
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на | |
решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Стеклянный сосуд, содержащий влажный воздух при плотно закрыли крышкой и охладили до
Опираясь на
законы молекулярной физики, объясните, как изменятся при этом парциальное давление водяного пара и относительная влажность
воздуха в сосуде.
Пар подчиняется закону Менделеева-Клапейрона:
где – давление водяного пара,
– масса пара,
– его объём,
– молярная масса пара,
– температура.
Относительная влажность равна
где – плотность водяного пара,
– давление насыщенного пара,
– плотность насыщенных паров.
Плотность водяного пара равна
Масса пара постоянна, значит, плотность водяного пара не изменяется. Плотность насыщенного пара уменьшается (из-за уменьшения температуры), значит, относительная влажность увеличивается. Из уравнения Менделеева-Клапейрона при уменьшении температуры давление также уменьшается. Если относительная влажность достигнет 100 %, то и влажность и давление пара перестанет меняться.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В закрытой комнате охлаждается воздух. Как изменятся относительная влажность и плотность водяных паров в комнате? Считайте, что парциальное давление паров не изменяется.
Запишем уравнение Менделеева – Клапейрона:
где – давление водяного пара,
– объём,
– масса пара,
–
молярная масса пара,
– температура.
Так как температура уменьшается, то масса водяных паров увеличивается При увеличении температуры
плотность водяных паров в комнате уменьшается.
Относительная влажность вычисляется по формуле:
где – парциальное давление насыщенных паров. При уменьшении температуры давление
насыщенных паров уменьшается, следовательно, относительная влажность увеличивается.
Плотность равна
при увеличении массы водяных паров плотность увеличивается.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В закрытой комнате нагревается воздух. Как изменятся относительная влажность и плотность водяных паров в комнате? Считайте, что парциальное давление паров не изменяется.
Относительная влажность вычисляется по формуле:
где – парциальное давление паров,
– парциальное давление насыщенных паров. При увеличении температуры давление
насыщенных паров возрастает, следовательно, относительная влажность уменьшается.
Из уравнения Менделеева – Клапейрона получаем:
При увеличении температуры плотность водяных паров в комнате уменьшается.
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное правильное решение, включающее правильный | 3 |
ответ (в данном случае: сказано как изменяется относительная влажность и плотность водяных паров) | |
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием | |
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: упоминание зависимости давления насыщенного пара от температуры, связи давления и плотности газа) | |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении | 2 |
имеется один или несколько из следующих недостатков. | |
| |
В объяснении не указано или не используется одно из физических | |
явлений, свойств, определений или один из законов (формул), | |
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, | |
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим | |
законом, свойством, явлением, определением и т.п.) | |
И (ИЛИ)
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но в них содержится один логический недочёт. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеется неточность в указании на одно из физических | |
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для | |
полного верного объяснения | |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, | |
но в нём не указаны два явления или физических закона, | |
необходимых для полного верного объяснения. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные | |
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие | |
к ответу, содержат ошибки. | |
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на | |
решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
После влажной уборки парциальное давление водяного пара в комнате возросло, при этом температура воздуха не изменилась. Как изменились относительная влажность воздуха и плотность водяных паров в комнате? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
1. Относительная влажность воздуха и плотность водяных паров увеличились.
2. Относительная влажность воздуха определяется соотношением
где – парциальное давление водяного пара в воздухе,
– давление насыщенного водяного пара при той же
температуре.
3. Давление насыщенного водяного пара зависит только от температуры, поэтому в данном случае оно остаётся
неизменным.
4. Из условия задачи следует, что в правой части выражения (1) знаменатель остаётся постоянным, а числитель растёт.
Следовательно, относительная влажность увеличивается. 5. С увеличением парциального давления водяного пара при
постоянной температуре, по уравнению Менделеева - Клапейрона, плотность водяных паров также увеличивается:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное правильное решение, включающее правильный | 3 |
ответ (в данном случае: п. 1) | |
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием | |
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: определение относительной влажности воздуха, зависимость давления насыщенного водяного пара только от температуры и уравнение Менделеева–Клапейрона) | |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении | 2 |
имеется один или несколько из следующих недостатков. | |
| |
В объяснении не указано или не используется одно из физических | |
явлений, свойств, определений или один из законов (формул), | |
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, | |
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим | |
законом, свойством, явлением, определением и т.п.) | |
И (ИЛИ)
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но в них содержится один логический недочёт. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеется неточность в указании на одно из физических | |
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для | |
полного верного объяснения | |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, | |
но в нём не указаны два явления или физических закона, | |
необходимых для полного верного объяснения. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные | |
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие | |
к ответу, содержат ошибки. | |
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на | |
решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
После работы увлажнителя воздуха парциальное давление водяного пара в комнате возросло, при этом температура воздуха не изменилась. Как изменились относительная влажность воздуха и плотность водяных паров в комнате? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
Относительная влажность вычисляется по формуле:
где – парциальное давление паров,
– парциальное давление насыщенных паров. Так как температура воздуха не
изменяется, то не изменяется давление насыщенных паров, следовательно, с увеличением парциального давления паров
относительная влажность увеличивается. Из уравнения Менделеева – Клапейрона получаем:
где – объём комнаты,
– масса паров,
– молярная масса воды,
– плотность водяных паров.
При увеличении парциального давления паров плотность водяных паров в комнате увеличивается.
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное правильное решение, включающее правильный | 3 |
ответ (в данном случае: сказано как изменяется относительная влажность и плотность водяных паров) | |
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием | |
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: уравнение Менделеева-Клапейрона, связь между массой и плотностью, формула относительной влажности. Указана ссвязь между температурой и давлением насыщенного пара) | |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении | 2 |
имеется один или несколько из следующих недостатков. | |
| |
В объяснении не указано или не используется одно из физических | |
явлений, свойств, определений или один из законов (формул), | |
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, | |
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим | |
законом, свойством, явлением, определением и т.п.) | |
И (ИЛИ)
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но в них содержится один логический недочёт. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеется неточность в указании на одно из физических | |
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для | |
полного верного объяснения | |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, | |
но в нём не указаны два явления или физических закона, | |
необходимых для полного верного объяснения. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные | |
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие | |
к ответу, содержат ошибки. | |
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на | |
решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате на стенке стакана с холодной водой начинается
конденсация паров воды из воздуха, если снизить температуру стакана до
. 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
Относительная влажность вычисляется по формуле:
где – парциальное давление паров,
– парциальное давление насыщенных паров.
Конденсация начинается при , то есть давление водяного пара равно давлению насыщенного водяного пара, а так как
давление насыщенного пара зависит от температуры, то и при разной плотности водяного пара в воздухе температура начала
конденсации пара (точка росы) оказывается различной.
Водяной пар при температуре становится насыщенным, следовательно, давление
водяного пара в воздухе равно давлению
насыщенного пара при температуре
. По таблице давление насыщенного пара при температуре
равно
гПа.
Абсолютная влажность равна плотности водяных паров. Найдём плотность пара при с помощью уравнения
Менделеева-Клапейрона.
где – давление водяного пара,
– объём комнаты,
– масса пара,
– молярная масса пара,
– температура в
Кельвинах,
– плотность водяных паров.
Для этого запишем два уравнения Менделеева-Клапейрона. Первое для насыщенного пара при и второе пар при
. При
этом пар изобарически охлаждается, значит, давление в обоих случаях равно
.
По таблице плотность насыщенных паров при равна
г/м
Тогда с учётом
,
имеем:
Давление насыщенного пара при найдём по таблице и оно равно
гПа. Тогда относительная влажность
равна:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное правильное решение, включающее правильный | 3 |
ответ (в данном случае: определена абсолютная и относительаня влажность воздуха) | |
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием | |
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: уравнение Менделеева-Клапейрона, связь между массой и плотностью, формула относительной влажности. Сказано что такое абсолютная влажность) | |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении | 2 |
имеется один или несколько из следующих недостатков. | |
| |
В объяснении не указано или не используется одно из физических | |
явлений, свойств, определений или один из законов (формул), | |
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, | |
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим | |
законом, свойством, явлением, определением и т.п.) | |
И (ИЛИ)
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но в них содержится один логический недочёт. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение | |
(возможно, неверные), которые не отделены от решения | |
и не зачёркнуты. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении имеется неточность в указании на одно из физических | |
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для | |
полного верного объяснения | |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, | |
но в нём не указаны два явления или физических закона, | |
необходимых для полного верного объяснения. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные | |
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. | |
ИЛИ
| |
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие | |
к ответу, содержат ошибки. | |
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, | |
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на | |
решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |