Задание 21 ЕГЭ по физике

$1)$ Физическая причина появления конденсата.
По трубе течет холодная вода, поэтому температура внешней поверхности трубы $T_{\text{пов}}$ близка к $8-10^\circ C.$ Внутри дома воздух теплее и содержит водяной пар с парциальным давлением $p_v,$ которое определяется относительной влажностью $\varphi$ и давлением насыщенных паров при температуре воздуха $T_{\text{в}}\ {:}\ p_v=\varphi\cdot p_{\text{нас}}(T_{\text{в}})$ Конденсация возникает тогда, когда парциальное давление водяного пара превышает давление насыщенных паров при температуре поверхности трубы, т. е. если $p_v>p_{\text{нас}}(T_{\text{пов}})$ В этом случае пар переходит в жидкость и на трубе появляются капли — образуется сырость и возможно последующее подтекание на пол и стены.

$2)$ Как влияет теплоизоляция.
Теплоизоляция уменьшает теплопоток от теплого воздуха к холодной поверхности трубы. Закон теплопроводности в одномерном приближении: $q=\lambda\dfrac{\Delta T}{d}$ где $\lambda$ — коэффициент теплопроводности изоляции, $d$ — ее толщина, $\Delta T$ — разность температур между воздухом и металлом. При добавлении слоя с малой $\lambda$ поток $q$ уменьшается, следовательно температура поверхности $T_{\text{пов}}$ возрастает (становится ближе к $T_{\text{в}}$). Поскольку $p_{\text{нас}}(T)$ возрастает с температурой, подъем $T_{\text{пов}}$ повышает $p_{\text{нас}}(T_{\text{пов}})$ и тем самым снижает вероятность выполнения условия $p_v>p_{\text{нас}}(T_{\text{пов}})$ — конденсат перестает образовываться. Влагонепроницаемая пленка (паробарьер) дополнительно препятствует проникновению водяного пара к холодной поверхности, то есть уменьшает локальную подачу влаги к холодной точке.

$3)$ Роль проветривания.
Проветривание уменьшает абсолютную (и относительную) влажность внутри помещения: из помещения удаляется насыщенный влажный воздух и поступает более сухой наружный воздух, или происходит обмен влажного воздуха на тот, который быстрее смешивается и отводится. Это снижает парциальное давление $p_v$ в помещении, а значит труднее достигнуть условия $p_v>p_{\text{нас}}(T_{\text{пов}})$ Кроме того, проветривание ускоряет испарение уже сконденсировавшейся воды с поверхностей и выносит влагу наружу.

$4)$ Практические замечания и предостережения.
Оборачивание труб теплоизоляцией и паробарьером эффективно при условии правильного монтажа: если паробарьер некорректен, влага может конденсироваться внутри изоляции и вызывать гниение или плесень. Поэтому совмещать теплоизоляцию и периодическое проветривание важно: изоляция повышает температуру поверхностей, а проветривание и контроль влажности снижают общее содержание влаги в доме. Также полезно устраивать вентиляцию в местах повышенной влажности (кухня, ванная) и следить за герметичностью соединений труб, чтобы исключить капиллярный перенос воды в конструкцию.

Итог:
Теплоизоляция повышает температуру поверхностей труб и паробарьер уменьшает доступ пара к холодной поверхности, а проветривание снижает парциальное давление водяного пара в помещении. В результате уменьшается вероятность достижения условия насыщения у поверхности трубы и, следовательно, образование конденсата и общая сырость в доме снижаются.