ЕГЭ 2024. Физика. Отличный результат. Молекулярная. Задача 9.26

[Александр Сакович]

9.26 (12.32). В стеклянную колбу налили немного воды и закрыли её пробкой. Вода постепенно испарялась. На рисунке показан график изменения со временем t концентрации n молекул водяного пара внутри колбы. Температура в колбе в течение всего времени проведения опыта оставалась постоянной. В конце опыта в колбе ещё оставалась вода.

Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения относительно проводимого процесса.
1) На участке 1 плотность водяных паров увеличивалась.
2) На участке 2 давление водяных паров не менялось.
3) На обоих участках водяной пар ненасыщенный.
4) На участке 1 давление водяных паров уменьшалось.
5) На участке 2 плотность водяных паров уменьшалась.
Ответ: ____.

Источники:
1. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2022. — 736 с. — (ЕГЭ. ФИПИ — школе).
2. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2024. — 496 с. — (ЕГЭ. Отличный результат. Учебная книга).

[Александр Сакович]

Анализ условия. 1) По условию объем V колбы (пара) не изменяется.
2) По условию температура T пара оставалась постоянной.
3) Из графика в условии задачи определяем, что на участке 1 концентрация n пара увеличивается, на участке 2 концентрация n пара не изменяется.

Решение. Проверим каждое утверждение.
1) На участке 1 плотность водяных паров увеличивалась.
5) На участке 2 плотность водяных паров уменьшалась.
Плотность ρ пара и его концентрация n связаны следующим соотношением
\[\rho =\frac{m}{V}=\frac{N \cdot m_0}{V}=n \cdot m_0,\]
где m — масса пара, N — число молекул пара, m₀ — масса одной молекулы пара.
Масса m₀ одной молекулы пара не изменяется.
Так как на участке 1 концентрация n пара увеличивается (см. анализ условия пункт 3), то из полученного уравнения следует, что плотность ρ пара так же будет увеличиваться.
Утверждение № 1 верное.
Так как на участке 2 концентрация n пара не изменяется (см. анализ условия пункт 3), то из полученного уравнения следует, что плотность ρ пара так же не изменяется.
Утверждение № 5 неверное.

2) На участке 2 давление водяных паров не менялось.
4) На участке 1 давление водяных паров уменьшалось.
Давление p молекул пара и его концентрация n связаны соотношением
\[p=n \cdot k \cdot T.\]
Температура T газа остается постоянной (см. анализ условия пункт 2).
Так как на участке 1 концентрация n пара увеличивается (см. анализ условия пункт 3), то из полученного уравнения следует, что давление p так же увеличивается.
Утверждение № 4 неверное.
Так как на участке 2 концентрация n пара не изменяется (см. анализ условия пункт 3), то из полученного уравнения следует, что давление p так же не изменяется.
Утверждение № 2 верное.

3) На обоих участках водяной пар ненасыщенный.
Так как температура T газа остается постоянной (см. анализ условия пункт 2), то давление p_нп насыщенного пара не изменяется. Ненасыщенный пар подчиняется газовым законам и при увеличении концентрации n молекул газа его давление p будет увеличиваться.
В решении пункт 4 получили, что на участке 1 давление p пара увеличивается, следовательно, пар ненасыщенный; в решении пункт 2 получили, что на участке 2 давление p пара не изменяется, следовательно, пар насыщенный.
Утверждение № 3 неверное.
Ответ: 12.