21. Молекулярная физика - электродинамика: качественная задача: #215736

$1)$ Определение относительной влажности. Относительная влажность воздуха $\varphi$ по определению равна отношению парциального давления водяного пара $p$ к давлению насыщенных паров при той же температуре $p_{\text{нас}}(T),$ то есть
$$\varphi=\dfrac{p}{p_{\text{нас}}(T)}$$
Если в сосуде присутствует жидкая вода и пар находится в насыщенном состоянии, то $p=p_{\text{нас}}(T)$ и поэтому $\varphi=1.$

$2)$ Первый этап — медленное поднятие поршня при постоянной температуре (изотермическое расширение).
Пока в сосуде есть капли воды, при фиксированной температуре пар остается насыщенным, его парциальное давление равно $p_{\text{нас}}(T),$ следовательно $\varphi=1.$
Когда в середине процесса капли воды исчезают (вся жидкость испарилась), дальше при дальнейшем увеличении объема при той же температуре масса водяного пара остается постоянной, и пар расширяется изотермически. Для идеального газа при постоянной температуре выполняется $pV=\text{const},$ поэтому при росте $V$ парциальное давление $p$ уменьшается пропорционально $1/V.$ Поскольку давление насыщенных паров $p_{\text{нас}}(T)$ при неизменной $T$ остается постоянным, отношение
$$\varphi=\dfrac{p}{p_{\text{нас}}(T)}$$уменьшается. Итого: в первой фазе $\varphi$ сначала равно $100\%,$ а после выгорания/исчезновения капель при дальнейшем изотермическом увеличении объема $\varphi$ падает.

$3)$ Второй этап — нагрев сосуда при неподвижном поршне (изохорный нагрев).
После окончания подъема поршня объем фиксирован и, как сказано, в сосуде остался только пар (жидкости нет). При изохорном нагреве для данной массы пара из уравнения состояния идеального газа $pV=nRT$ следует, что парциальное давление $p$ возрастает пропорционально абсолютной температуре $T$ ($p\propto T$ при фиксированных $n$ и $V$). Одновременно давление насыщенных паров $p_{\text{нас}}(T)$ при повышении $T$ увеличивается обычно значительно быстрее (по закону Клапейрона–Клаузиуса экспоненциально). Поэтому отношение
$$\varphi=\dfrac{p}{p_{\text{нас}}(T)}$$при нагреве при фиксированном объеме, как правило, уменьшается (часто заметно), то есть относительная влажность падает дальше.

Ответ: при медленном подъеме поршня относительная влажность сначала равна $100\%$ (пока есть жидкость), а после исчезновения капель при дальнейшем изотермическом расширении объема $\varphi$ уменьшается; при последующем изохорном нагреве (поршень на месте, жидкой воды нет) парциальное давление растет лишь пропорционально $T,$ тогда как $p_{\text{нас}}(T)$ растет быстрее, поэтому относительная влажность уменьшается еще сильнее.