53. Два сосуда разного объема, соединенные трубкой с краном, содержат влажный воздух при комнатной температуре. Относительная влажность воздуха в сосудах равна соответственно 30% и 40%. Если кран открыть, то после установления теплового равновесия относительная влажность воздуха в сосудах окажется равной 36%. Определите отношение объема второго сосуда к объему первого. Температуру считать постоянной.

Для решения данной задачи используем закон Гей-Люссака-Леге.

Относительная влажность воздуха можно определить, используя понятие парциального давления пара воды в смеси с воздухом. Оно определяется как отношение давления пара воды к давлению насыщенного пара воды при данной температуре.

Обозначим давление насыщенного пара в первом сосуде P1, во втором сосуде – P2.

Так как относительная влажность воздуха в первом сосуде равна 30%, то парциальное давление пара воды в первом сосуде будет 30% от P1:

P(пар1) = 0.3P1.

Аналогично, парциальное давление пара воды во втором сосуде будет 40% от P2:

P(пар2) = 0.4P2.

Когда кран открыт, происходит смешение влажного воздуха из обоих сосудов. После установления теплового равновесия парциальные давления пара воды в обоих сосудах будут одинаковыми и равными 36% от общего давления воздуха:

P(пар) = 0.36(P1 + P2).

По закону Дальтона сумма парциальных давлений воздуха в сосудах равна общему давлению:

P1 + P2 = P.

Теперь мы можем составить систему уравнений:

P(пар1) = P(пар2) = P(пар),
P1 + P2 = P.

0.3P1 = 0.4P2 = 0.36(P1 + P2) = P.

Для решения системы уравнений и определения отношения объемов сосудов используем пропорции.

Рассмотрим отношение P1 к P2:

0.3P1 / 0.4P2 = (P1 + P2) / P.

Упростим:

0.3P1 / 0.4P2 = 0.36.

Теперь выразим отношение объемов сосудов:

V1 / V2 = (P2 / P1) * (0.3 / 0.4).

Так как отношение P2 к P1 равно (0.3 / 0.4), то:

V1 / V2 = 0.3 / 0.4.

Теперь найдем числовое значение этого отношения:

V1 / V2 = 0.3 / 0.4 = 0.75.

Итак, отношение объема второго сосуда к объему первого составляет 0.75.