ГЛАВА 22. УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ. ВЛАЖНОСТЬ

Рассмотрим следующий пример.

Пример 22.4. Какой воздух тяжелее - сухой или влажный при одинаковых температуре и давлении?

Решение. Конечно, хочется сказать, что влажный, поскольку в отличие от сухого в нем содержатся еще и молекулы воды. Однако в условии задачи сказано «при одинаковых температуре и давлении», а закон Дальтона говорит о том, что если в сухой воздух добавить пары воды, то его давление возрастет. Чтобы давление влажного воздуха равнялось давлению сухого, необходимо во влажном воздухе уменьшить число молекул собственно воздуха, и ответ на вопрос о сравнении масс сухого и влажного воздуха не является таким уж примитивным.

Поэтому давайте аккуратно с помощью законов Клапейрона-Менделеева и Дальтона сравним массы сухого и влажного воздуха. Давление сухого воздуха, занимающего объем V определяется законом Клапейрона-Менделеева

(22.12)

где N - число молекул воздуха; T - его температура. Давление влажного воздуха в том же объеме при той же температуре определяется законом Дальтона

(22.13)

где - число молекул воздуха; - воды. Из сравнения формул (22.12) и (22.13) видим, что при одинаковых давлении, объеме и температуре сухой и влажный воздух содержат одинаковое число молекул. Поэтому сравнение масс сухого и влажного воздуха определяется сравнением массы одной молекулы воздуха и одной молекулы воды. Конечно, такого объекта как «молекула воздуха» в общем-то не существует, так как воздух - это смесь различных газов, в наибольшем количестве в которой представлены азот, кислород, аргон и углекислый газ. Тем не менее, понятие средней молярной массы воздуха можно ввести, и эта средняя молярная масса равна 29 г/моль. Поэтому можно считать, что масса одной «усредненной» молекулы воздуха равна 29 а.е.м. Масса одной молекулы воды равна 18 а.е.м. Из этих чисел следует, что влажный воздух легче сухого при одинаковых температурах и давлениях.