Задания ОГЭ по физике по теме: "Влажность. Туман"

Туман и роса

В воздухе всегда присутствуют водяные пары, концентрация которых может быть различной. Опыт показывает, что концентрация паров не может превышать некоторого максимально возможного значения nmax (для каждой температуры это значение свое). Пары с концентрацией, равной n_max, называются насыщенными. С ростом температуры максимально возможная концентрация водяных паров также растет. Отношение концентрации n

водяных паров при данной температуре к максимально возможной концентрации при той же температуре называется относительной влажностью, которая обозначается буквой f. Относительную влажность

принято измерять в процентах. Из сказанного следует, что f  =  (n/n_max) · 100%.

При этом относительная влажность не может превышать 100%.

Пусть при некоторой температуре t концентрация водяных паров в воздухе равна n, а относительная влажность меньше, чем 100%. Если температура будет понижаться, то вместе с ней будет уменьшаться и величина nmax, а значит, относительная влажность будет увеличиваться. При некоторой критической температуре относительная влажность достигнет значения 100% (в этот момент концентрация водяных паров станет максимально возможной при данной температуре). Поэтому дальнейшее понижение температуры приведет к переходу водяных паров в жидкое состояние  — в воздухе образуются капли тумана, а на предметах выпадут капли росы. Поэтому упомянутая выше критическая температура называется точкой росы (обозначается tр).

На измерении точки росы основано действие прибора для определения относительной влажности воздуха  — конденсационного гигрометра. Он состоит из зеркальца, которое может охлаждаться при помощи какого-либо

устройства, и точного термометра для измерения температуры зеркальца. При понижении температуры зеркальца до точки росы на нем выпадают капли жидкости. Величину относительной влажности воздуха определяют по измеренному значению точки росы при помощи специальных таблиц.

Существует еще одна разновидность тумана  — ледяной туман. Он наблюдается при температурах ниже −(10 ÷ 15) °C и состоит из мелких кристалликов льда, которые сверкают либо в лучах солнца, либо в свете луны или фонарей. Особенностью ледяного тумана является то, что он может наблюдаться и при относительной влажности, меньшей 100% (даже менее 50%). Условием возникновения ледяного тумана при низкой относительной влажности является очень низкая температура (ниже −30 °C) и наличие обильных источников водяного пара (например, труб и сточных водоемов

промышленных предприятий, печных труб жилых помещений, выхлопных труб мощных двигателей внутреннего сгорания и т. п.). Поэтому ледяной туман при низкой влажности наблюдается в населенных пунктах, на крупных железнодорожных станциях, на активно действующих аэродромах и т. п.

Одним из возможных способов охлаждения зеркальца конденсационного гигрометра является испарение на обратной стороне зеркальца жидкости, в результате чего от зеркальца отнимается теплота испарения. Какую жидкость лучше для этого использовать  — эфир или воду? Давления насыщенных паров эфира и воды при комнатной температуре равны 60 кПа и 2,3 кПа, соответственно. Ответ поясните.

Решение.

1.  Эфир.

2.  Эфир при комнатной температуре имеет большее давление насыщенных паров, чем вода. Поэтому он легче испаряется. Вследствие этого зеркальце более интенсивно охлаждается, и гигрометр работает лучше (точка росы достигается быстрее).

2. В сухой летний день прошел теплый дождь, причем температура воздуха не изменилась. Как после дождя изменятся показания сухого и влажного термометров психрометра, а также разность их показаний?

Для каждой физической величины определите соответствующий характер изменения. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА

A)  показания сухого термометра

Б)  показания влажного термометра

B)  разность показаний термометров

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ

1)  увеличится

2)  уменьшится

3)  не изменится

Решение.

Так как температура воздуха не изменилась, то показания сухого термометра останутся постоянными. Так как прошел дождь, то увеличилась абсолютная влажность воздуха и, следовательно, показания влажного термометра. Таким образом, разность между показаниями уменьшается.

3. Из графика на рисунке видно, что при температуре 20 °C плотность насыщенного водяного пара равна 17,3 г/м³. Это означает, что при 20 °C

 

1)  в 1 м³ масса насыщенных паров воды составляет 17,3 г

2)  в 17,3 м³ воздуха находится 1 г насыщенного водяного пара

3)  относительная влажность воздуха равна 17,3%

4)  плотность воздуха равна 17,3 г/м³

Это означает, что при 20 °C в 1 м³ масса насыщенных паров воды составляет 17,3 г.

 

Правильный ответ указан под номером 1.

4. Можно ли наблюдать туман, если известно, что температура и давление воздуха не изменились? Ответ поясните.

Решение.

Ответ: возможно.

Объяснение: туман можно наблюдать, если прошло активное испарение воды (например, после дождя) и водяной пар, содержащийся в воздухе, стал пересыщенным.

5. Для каждого физического понятия из первого столбца подберите соответствующий пример из второго столбца.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ

А)  физическая величина

Б)  единица физической величины

B)  прибор для измерения физической величины

ПРИМЕРЫ

1)   испарение воды

2)   влажность воздуха

3)   атмосфера

4)   психрометр

5)   миллиметр

Решение.

Сопоставим физическим понятиям примеры.

А)  Примером физической величины является влажность воздуха.

Б)  Примером единицы физической величины является миллиметр.

В)  Психрометр является прибором для измерения влажности.

 

Ответ: 254.

6. Какие значения может принимать относительная влажность?

 

1)  от 0 % до 100 %

2)  больше 0 %, но меньше 100 %

3)  любое

4)  больше 100 %

Решение.

Относительная влажность это отношение текущей абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре. Поэтому относительная влажность не должна превышать значения в 100%.

 

Примечание.

В некоторых случаях, в отсутствии центров конденсации при понижении температуры, возможны состояния при которых текущая влажность становится больше максимальной влажности при данной температуре, то есть относительная влажность становится больше 100 %. Такое состояние называется пресыщенным паром. Такой эффект, используется, например, в камерах Вильсона.

 

Правильный ответ указан под номером: 1.

7. В таблице приведена зависимость концентрации n_max насыщенных паров воды в воздухе от температуры t. Концентрация паров в воздухе при выпадении тумана равна 2,37·10²³ 1/м³. Чему равна точка росы в условиях этого опыта?

 

t, °С	10	11	12	13	14	15	16	17	18
nmax·1023, м-3	1,95	2,08	2,22	2,37	2,51	2,66	2,82	3,01	3,20

 

1)  11 °C

2)  12 °C

3)  13 °C

4)  14 °C

Решение.

Туман образуется, когда относительная влажность достигает 100%, то есть тогда, когда концентрация паров воды в воздухе становится равной концентрации насыщенных паров. Таким образом, точка росы в условиях этого опыта равна 13 °C.

 

Правильный ответ указан под номером: 3.

8. Ведущий телепрограммы, рассказывающий о погоде, сообщил, что в настоящее время относительная влажность воздуха составляет 50%. Это означает, что

 

1)  Концентрация водяных паров, содержащихся в воздухе, в 2 раза меньше максимально возможной при данной температуре.

2)  Концентрация водяных паров, содержащихся в воздухе, в 2 раза больше максимально возможной при данной температуре.

3)  50% объема воздуха занимает водяной пар.

4)  Число молекул воды равняется числу молекул других газов, содержащихся в воздухе.

Решение.

Относительная влажность воздуха  — это отношение массы водяного пара в некотором объеме воздуха к массе насыщенного водяного пара в этом же объеме при той же температуре. Эквивалентное определение  — отношение парциального давления водяного пара к парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре. Концентрация насыщенного пара  — это максимальная концентрация пара в воздухе при данной температуре.

 

Правильный ответ указан под номером 1.

9. Роса при понижении температуры выпадает при относительной влажности,

 

1)  имеющей значение от 50% до 100%

2)  равной 100%

3)  имеющей любое значение

4)  большей 100%

Решение.

Роса выпадает при понижении температуры, когда относительная влажность достигает 100%.

 

Правильный ответ указан под номером: 2.

10. В таблице приведена зависимость концентрации n_max насыщенных паров воды в воздухе от температуры t. Измерения показали, что точка росы равна 16 °C. Чему при этой температуре равна концентрация насыщенных паров в воздухе?

 

t, °С	10	11	12	13	14	15	16	17	18
nmax·10-23, м-3	1,95	2,08	2,22	2,37	2,51	2,66	2,82	3,01	3,20

 

1)  2,37·10²³ 1/м³

2)  2,66·10²³ 1/м³

3)  2,82·10²³ 1/м³

4)  3,01·10²³ 1/м³

Решение.

Точка росы  — это температура, при которой концентрация паров воды в воздухе становится равной концентрации насыщенного пара. Таким образом, при температуре 16 °C концентрация насыщенных паров будет равна 2,82·10²³ 1/м³.

 

Правильный ответ указан под номером: 3.

11. Плотность водяного пара в воздухе составляет Температура воздуха составляет 22 °C. Образование тумана можно будет наблюдать, если при неизменной плотности водяного пара

 

1)  температура повысится до 23 °C

2)  температура повысится до 26 °C

3)  температура понизится до 21 °C

4)  температура понизится до 18 °C

Решение.

Туман образуется когда водяной пар является насыщенным. Обратимся к приведенной в тексте зависимости плотности насыщенного водяного пара от температуры. Из зависимости видно что для того, чтобы привести пар при температуре 22 °C и плотности 17,3 к насыщению, необходимо совершить процесс аналогичный процессу AB, т. е. понизить температуру. Из зависимости видно что ее необходимо понизить до температуры ниже 20 °C. Из предложенных вариантов подходит 18 °C.

 

Правильный ответ указан под номером 4.

12. Установите соответствие между физическими величинами и их единицами. К каждой физической величине из левого столбца подберите единицу величины из правого столбца.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА

А)  давление

Б)  жесткость

В)  абсолютная влажность

ЕДИНИЦА ВЕЛИЧИНЫ

1)  Н

2)  Н/м²

3)  кг/м³

4)  Н/м

5)  Дж

Давление измеряется в Н/м². Жесткость  — в Н/м. Абсолютная влажность  — в кг/м³.

 

Ответ: 243.