Номер 10, страница 42, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Молекулярная физика и термодинамика. Глава V. Молекулярная физика. Параграф 29. Насыщенный пар. Влажность - номер 10, страница 42.

Условие.

°10. Почему роса выпадает часто в предутренние часы?

Найти точку росы для воздуха определённой температуры с заданной влажностью можно с помощью всё той же таблицы зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры. Приведём другую часть этой таблицы.

$\text{t}$, °C: 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20

$p_\text{н}$, кПа: 1,07, 1,15, 1,23, 1,31, 1,40, 1,50, 1,60, 1,70, 2,34

Решение 2.

°10.

Роса выпадает часто в предутренние часы, потому что в это время суток температура воздуха и поверхности земли обычно самая низкая. В течение дня воздух нагревается и насыщается водяным паром, который испаряется с поверхности водоемов, почвы и растений. Ночью земля и приземный слой воздуха начинают остывать из-за теплового излучения.

Способность воздуха удерживать водяной пар зависит от его температуры: чем холоднее воздух, тем меньше пара он может в себе содержать до насыщения. При охлаждении воздуха его относительная влажность увеличивается, даже если абсолютное количество водяного пара не меняется. Температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения (относительная влажность стала равной 100%), называется точкой росы.

Поскольку предутренние часы являются самым холодным временем суток, температура воздуха и различных поверхностей (травы, листьев) чаще всего опускается до точки росы или ниже. В результате избыточный водяной пар конденсируется на этих холодных поверхностях, образуя капельки воды — росу.

Чтобы понять, при какой температуре выпадет роса, необходимо найти точку росы. Это можно сделать с помощью таблицы зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры. Решим для примера следующую задачу: найти точку росы для воздуха с температурой $20 \°C$ и относительной влажностью $60\%$.

Дано:
Температура воздуха $t = 20 \°C$
Относительная влажность $\phi = 60\%$

Перевод в СИ:
Температура в Кельвинах: $T = 20 + 273,15 = 293,15$ К

Найти:
Точку росы $t_p$.

Решение:
Относительная влажность воздуха определяется по формуле: $\phi = \frac{p}{p_н} \cdot 100\%$, где $\text{p}$ — парциальное давление водяного пара в воздухе, а $p_н$ — давление насыщенного водяного пара при данной температуре.
Из таблицы находим давление насыщенного пара при температуре $t = 20 \°C$. Оно составляет $p_н(20 \°C) = 2,34$ кПа. В единицах СИ это $p_н = 2340$ Па.
Вычисляем парциальное давление водяного пара в воздухе при заданных условиях:$p = \frac{\phi \cdot p_н(t)}{100\%} = \frac{60\% \cdot 2340 \text{ Па}}{100\%} = 1404$ Па.
Точка росы — это температура, при которой вычисленное парциальное давление $\text{p}$ станет давлением насыщенного пара. Для использования таблицы переведем $\text{p}$ обратно в кПа: $p = 1,404$ кПа. Ищем в таблице температуру, которой соответствует давление насыщенного пара, равное или наиболее близкое к $1,404$ кПа.
Из таблицы видно, что давление насыщенного пара $p_н = 1,40$ кПа соответствует температуре $12 \°C$. Таким образом, точка росы для данных условий составляет $12 \°C$. Это означает, что если воздух с начальными параметрами охладится до $12 \°C$, начнется конденсация влаги.

Ответ: Роса выпадает в предутренние часы, так как это самое холодное время суток, и температура воздуха часто опускается ниже точки росы. Точка росы — это температура, при которой водяной пар в воздухе становится насыщенным. При дальнейшем охлаждении избыток водяного пара конденсируется на холодных поверхностях в виде капель воды.