Задание 21 ЕГЭ по физике

$1)$ Почему роса выпадает в ясную ночь и не выпадает при пасмурной.
В ясную ночь поверхность земли и растения эффективно охлаждаются за счет теплового излучения в небо: атмосферный слой сверху прозрачен для длинноволнового излучения, поэтому излучаемая поверхностью энергия уходит в космос, а взамен поступает мало излучения от облаков. В результате поверхность холоднее воздуха рядом с ней. Если температура поверхности понижается ниже точки росы воздуха, содержащегося над ней, то насыщенность водяного пара при температуре поверхности $p_{\text{нас}}(T_{\text{пов}})$ становится меньше парциального давления водяного пара $p_v$ в воздухе, и избыточный пар конденсируется в капли: образуется роса. При пасмурной погоде облака действуют как «одеяло», возвращая излучение назад, поверхность охлаждается значительно меньше и редко достигает точки росы, поэтому роса не образуется.

$2)$ Какие физические законы здесь задействованы.
Тепловое излучение описывается законом Стефана — Больцмана, тепловой баланс поверхности определяется разностью излучаемой и поглощаемой энергии. Формула для условия конденсации: конденсат образуется, если $p_v>p_{\text{нас}}(T_{\text{пов}}).$ Давление насыщенных паров $p_{\text{нас}}(T)$ быстро растет с температурой, поэтому невысокое понижение $T_{\text{пов}}$ может привести к фазовому переходу пара в жидкость.

$3)$ Приборы и справочные данные, необходимые юному физику.

$4)$ Формула для массы воды в $1\ \text{м}^3$ влажного воздуха и порядок действий.
Парциальное давление водяного пара равно $p_v=\varphi\cdot p_{\text{нас}}(T)$ где $\varphi$ — относительная влажность (в дробном виде, например $0.60$ для $60\%$), $p_{\text{нас}}(T)$ — давление насыщенных паров при температуре $T.$ Плотность водяного пара при давлении $p_v$ и температуре $T$ можно получить из уравнения состояния идеального газа в виде
$m_{\text{п}}=\rho_{\text{п}}V,\quad \rho_{\text{п}}=\dfrac{\mu\,p_v}{R\,T}$
где $\mu$ — молярная масса воды, $R$ — газовая постоянная, $T$ — абсолютная температура в К. Для объема $V=1\ \text{м}^3$ масса воды равна
$m=\dfrac{\mu\,\varphi\,p_{\text{нас}}(T)}{R\,T}$

Шаги измерений и вычислений: измерить $\varphi$ и $T,$ взять из таблицы $p_{\text{нас}}(T),$ подставить в формулу и вычислить $m.$

Итог:
В ясную ночь поверхность охлаждается сильнее излучением, опускается ниже точки росы и образуется роса. Чтобы оценить массу воды в $1\ \text{м}^3$ влажного воздуха, юному физику нужны гигрометр (или психрометр), точный термометр, при необходимости барометр, а также таблицы $p_{\text{нас}}(T),$ значение $\mu$ и $R.$ Вычисление проводится по формуле $m=\dfrac{\mu\,\varphi\,p_{\text{нас}}(T)}{R\,T}$