Тиск насиченої пари та тиск насичення. Методична розробка (10 клас) на тему: Насичена пара

Процеси випаровування та конденсації йдуть безперервно та паралельно один одному.

У відкритій посудині кількість рідини згодом зменшується, т.к. випаровування переважає над конденсацією.

Пар, який знаходиться над поверхнею рідини, коли випаровування переважає над конденсацією або пара за відсутності рідини, називається ненасиченим.

У герметично закритому посудині рівень рідини згодом змінюється, т.к. випаровування і конденсація компенсують один одного: скільки молекул вилітає з рідини, стільки ж їх за той же час повертається до неї, настає динамічна (рухлива) рівновага між парою та її рідиною.

Пара, що знаходиться в динамічній рівновазі зі своєю рідиною, називається насиченим.

При цій температурі насичена пара будь-якої рідини має найбільшу щільність ( ) і створює максимальний тиск ( ), яке може мати пару цієї рідини за цієї температури.

Тиск та щільність насиченої парипри одній температурі залежить від роду речовини: більший тиск створює насичена пара тієї рідини, яка швидше випаровується.Наприклад, і

Властивості не насиченої пари: Ненасичені пари підпорядковуються газовим законам Бойля – Маріотта, Гей-Люссака, Шарля, до яких можна застосовувати рівняння стану ідеального газу.

Властивості насиченої пари:1. При незмінному обсязі зі зростанням температури тиск насиченої пари збільшується, але не прямо пропорційно (закон Шарля не виконується), тиск зростає швидше, ніж у ідеального газу. , при зростанні температури ( ) , збільшується маса пари, а тому зростає концентрація молекул пари () і тиск насиченої пари розтане з двох причин (

3 1 - Ненасичена пара (ідеальний газ);

2 2 - насичений пар; 3 - Ненасичена пара,

1 отриманий з насиченої пари у тому ж

Об'єм при нагріванні.

2. Тиск насиченої пари при постійній температурі не залежить від об'єму, який він займає.

Зі збільшенням об'єму маса пари збільшується, а маса рідини зменшується (частина рідини переходить у пару), при зменшенні об'єму пари стає менше, а рідини більше (частина пари переходить у рідину), щільність і концентрація молекул насиченої пари залишаються постійними, отже, і тиск залишається постійним ().

рідина

(насич. пар + рідина)

Ненасич. пар

Насичені пари підпорядковуються газовим законам Бойля – Маріотта, Гей-Люссака, Шарля, т.к. маса пари в процесах не залишається постійною, а все газові закониотримані для постійної маси. До насиченої пари можна застосовувати рівняння стану ідеального газу.

Отже, насичену пару можна перевести в ненасичену пару, або нагріваючи її при постійному обсязі, або збільшуючи її при постійній температурі. Ненасичену пару можна перевести в насичену пару або охолоджуючи її при постійному обсязі, або стискаючи її при постійній температурі.

Критичний стан

Наявність вільної поверхні рідини дає можливість вказати, де знаходиться рідка фаза речовини, а де газоподібна. Різка різниця між рідиною та її парою пояснюється тим, що щільність рідини у багато разів більша, ніж у пари. Якщо нагрівати рідину в герметично закритому посудині, то внаслідок розширення її щільність зменшуватиметься, а щільність пари над нею збільшуватиметься. Це означає, що різниця між рідиною та її насиченою парою згладжується і при достатньо високій температурізникає зовсім. Температура, при якій зникають відмінності в фізичні властивостіміж рідиною та її насиченою парою, та їх щільності стають однаковими, називаєтьсякритичною температурою.

Критична точка

Для утворення рідини із газу середня потенційна енергіятяжіння молекул має перевищувати їх середню кінетичну енергію.

Критична температура – максимальна температура, при якій пара перетворюється на рідину.Критична температура залежить від потенційної енергії взаємодії молекул і тому є різною для різних газів. Через сильну взаємодію молекул води водяну пару можна перетворити на воду навіть за температури . У той самий час зрідження азоту відбувається при температурі, меншої =-147˚ , т.к. молекули азоту слабо взаємодіють між собою.

Іншим макроскопічним параметром, що впливає перехід пар - рідина, є тиск. Зі зростанням зовнішнього тиску при стисканні газу зменшується середня відстань між частинками, зростає сила тяжіння між ними та відповідно середня потенційна енергія їхньої взаємодії.

Тискнасиченої пари при її критичній температурі називається критичним. Це найбільший можливий тиск насиченої пари даної речовини.

Стан речовини з критичними параметрами називається критичним(критична точка). У кожної речовини свої критичні температура та тиск.

У критичному станізвертаються в нуль питома теплота пароутворення та коефіцієнт поверхневого натягу рідини. При температурах вище критичної, навіть за дуже великих тискахнеможливе перетворення газу на рідину, тобто. вище критичної температури рідина не може існувати. При надкритичних температурах можливий лише пароподібний стан речовини.

Зрідження газів можливе лише за температури нижче критичної температури. Для зрідження гази охолоджують до критичної температури, наприклад, при адіабатному розширенні, а потім стискають ізотермічно.

Кипіння

Зовні явище виглядає так:з усього обсягу рідини до поверхні піднімаються бульбашки, що швидко ростуть, на поверхні вони лопаються, і пара викидається в навколишнє середовище.

МКТ пояснює кипіння так:у рідині завжди є бульбашки повітря, у них із рідини відбувається випаровування. Замкнений обсягбульбашок виявляється заповненим не тільки повітрям, а й насиченою парою. Тиск насиченої пари в них при нагріванні рідини зростає швидше, ніж тиск повітря. Коли в досить нагрітій рідині тиск насиченої пари в бульбашках стає більше зовнішнього тиску, вони збільшуються в об'ємі, і сила, що виштовхує, перевершує їх силу тяжкості, піднімає бульбашки до поверхні. Спливлі бульбашки починають лопатися, коли при певній температурі тиск насиченої пари в них перевершує тиск над рідиною. Температура рідини, при якій тиск її насиченої пари в бульбашках дорівнює або перевищує зовнішній тиск на рідину, називається температурою кипіння.

Температура кипіння різних рідин різна, т.к. тиск насиченої пари в їх бульбашках порівнюється з тим самим зовнішнім тиском при різних температурах. Наприклад, тиск насиченої пари в бульбашках дорівнює нормальному атмосферному тиску у води при 100С, у ртуті при 357С, у спирту при 78С, в ефіру при 35С.

Температура кипіння в процесі кипіння залишається постійною,т.к. все тепло, яке підводиться до рідини, що нагрівається, витрачається на пароутворення.

Температура кипіння залежить від зовнішнього тиску на рідину: із збільшенням тиску температура підвищується; із зменшенням тиску температура знижується.Наприклад, на висоті 5км над рівнем моря, де тиск у 2 рази нижчий за атмосферний, температура кипіння води 83˚С, в котлах парових машин, де тиск пари 15 атм. (), температура води близько 200?

Вологість повітря

У повітрі завжди є водяна пара, тому можна говорити про вологість повітря, що характеризується наступними величинами:

1.Абсолютна вологість- Це щільність водяної пари, що знаходиться в повітрі (або тиск, який ця пара створює ( ).

Абсолютна вологість не дає уявлення про рівень насичення повітря водяними парами. Одна і та ж кількість водяної пари при різної температуристворює різне відчуттявологості.

2.Відносна вологість- це відношення щільності (тиску) водяної пари, що міститься в повітрі при даній температурі, до щільності (тиску) насиченої пари при тій же температурі : або

- Абсолютна вологість при даній температурі; - щільність, тиск насиченої пари за тієї ж температури. Щільність і тиск насиченої водяної пари за будь-якої температури можна знайти в таблиці. З таблиці видно, чим вище температура повітря, тим більше повинні бути щільність і тиск водяної пари в повітрі, щоб вона була насиченою.

Знаючи відносну вологість, можна зрозуміти, на скільки відсотків водяна пара в повітрі при даній температурі далека від насичення. Якщо пара в повітрі насичена, то . Якщо , то до стану насичення повітря не вистачає пари.

Про те, що пара у повітрі стає насиченою, судять за появою вологи у вигляді туману, роси. Температура, при якій водяна пара в повітрі стає насиченою, називається точкою роси.

Пара в повітрі можна зробити насиченою, якщо додати пари за рахунок додаткового випаровування рідини, не змінюючи температури повітря, або при кількості пари в повітрі знизити її температуру.

Нормальна відносна вологість, найбільш сприятлива для людини 40 – 60%. Велике значеннямає знання вологості у метеорології для передбачення погоди. У ткацькому кондитерському виробництві для нормального перебігу процесу необхідна певна вологість. Зберігання творів мистецтва та книг потребує підтримки вологості повітря на необхідному рівні.

Прилади для визначення вологості:

1. Конденсаційний гігрометр (дозволяє визначити точку роси).

2. Волосний гігрометр (принцип дії заснований на залежності довжини знежиреного волосся від вологості) вимірює відносну вологість у відсотках.

3. Психрометр складається з двох термометрів сухого та зволоженого. Резервуар зволоженого термометра обмотаний тканиною, опущеною у воду. За рахунок випаровування тканини температура зволоженого нижче, ніж сухого. Різниця показань термометрів залежить від вологості навколишнього повітря: чим сухіше повітря, тим інтенсивніше випаровування з тканини, тим більша різниця показань термометрів і навпаки. Якщо вологість повітря 100%, показання термометрів однакові, тобто. різницю показань 0. Для визначення вологості за допомогою психрометра використовують психрометричну таблицю.

Плавлення та кристалізація

При плавленні твердого тілазбільшується відстань між частинками, що утворюють кристалічну решітку, і відбувається руйнування самої ґрат. На процес плавлення потрібно витрачати енергію. При нагріванні твердого тіла зростає кінетична енергія молекул, що коливаються, і відповідно амплітуда їх коливань. При певній температурі, яка називається температурою плавлення, порушується порядок розташування частинок в кристалах, кристали втрачають свою форму. Речовина плавиться, переходячи з твердого стануу рідкий стан.

При кристалізаціївідбувається зближення молекул, що утворюють кристалічну решітку. Кристалізація може відбуватися лише тоді, коли рідина віддає енергію. При охолодженні розплавленої речовини середня кінетична енергія та швидкість молекул зменшуються. Сили тяжіння можуть утримувати частки біля положення рівноваги. При певній температурі, яка називається температурою затвердіння (кристалізації),всі молекули опиняються в положенні стійкої рівноваги, їхнє розташування стає впорядкованим – утворюється кристал.

Плавлення твердого тіла відбувається за тієї ж температури, при якій ця речовина твердне

Кожна речовина має температуру плавлення. Наприклад, температури плавлення у гелію -269,6С, у ртуті -38,9С, у міді 1083С.

Під час процесу плавлення температура залишається незмінною. Кількість теплоти, що підводиться ззовні, йде на руйнування кристалічної решітки.

Під час процесу затвердіння, незважаючи на те, що тепло відводиться, температура не змінюється. Енергія, що виділяється при кристалізації, витрачається на підтримку постійної температури.

Поки що вся речовина не розплавиться чи вся речовина не затвердіє, тобто. поки існують спільно тверда і рідка фазиречовини, температура не змінюється.

Тв.+жид. жид.+тв.

, де – кількість теплоти, - кількість теплоти, необхідне для розплавлення речовини, що виділяється при кристалізації речовини масою масою

- Питома теплота плавлення– кількість теплоти, необхідне плавлення речовини масою 1кг за нормальної температури плавлення.

Яка кількість теплоти витрачається при плавленні певної масиречовини, така сама кількість теплоти виділяється при кристалізації цієї маси.

Називається також питомою теплотою кристалізації.

При температурі плавлення внутрішня енергія речовини рідкому станібільше внутрішньої енергіїтакої ж маси речовини у твердому стані.

У великої кількостіречовин об'єм при плавленні збільшується, а густина зменшується. При затвердінні навпаки обсяг зменшується, а щільність збільшується. Наприклад, кристали твердого нафталіну тонуть у рідкому нафталіні.

Деякі речовини, наприклад, вісмут, лід, галій, чавун та ін. При плавленні стискуються, а при затвердінні розширюються. Ці відхилення від загального правилапояснюються особливостями будови кристалічних ґрат. Тому вода виявляється щільніше за льод, лід плаває у воді. Розширення води під час замерзання веде до руйнації гірських порід.

Зміна обсягу металів під час плавлення та затвердіння має істотне значення у ливарній справі.

Досвід показує, що зміна зовнішнього тиску на тверда речовинавідбивається на температурі плавлення цієї речовини. p align="justify"> Для тих речовин, які при плавленні розширюються, збільшення зовнішнього тиску призводить до підвищення температури плавлення, т.к. ускладнює процес плавлення. Якщо ж речовини при плавленні стискуються, то їм збільшення зовнішнього тиску веде до зниження температури плавлення, т.к. допомагає процесу плавлення. Тільки дуже велике збільшення тиску помітно змінює температуру плавлення. Наприклад, щоб знизити температуру плавлення льоду на 1С, тиск потрібно підвищити на 130 атм. Температуру плавлення речовини за нормального атмосферного тиску називають точкою плавлення речовини.

На цьому уроці ми розберемо властивості дещо специфічного газу – насиченої пари. Ми дамо визначення цього газу, вкажемо, чим він принципово відрізняється від ідеальних газів, Розглянутих нами раніше, і, конкретніше, ніж відрізняється залежність тиску насиченого газу. Також у цьому уроці буде розглянуто та описано такий процес, як кипіння.

Для розуміння відмінностей насиченої пари від ідеального газу потрібно уявити два досвіду.

По-перше, візьмемо герметично закриту посудину з водою і почнемо її нагрівати. Зі збільшенням температури молекули рідини матимуть все більшу кінетичну енергію, і все більша кількістьмолекул зможе вирватися з рідини (див. рис. 2), отже, зростатиме концентрація пари і, отже, її тиск. Отже, перше становище:

Тиск насиченої пари залежить від температури

Рис. 2.

Однак, це становище цілком очікуване і не таке цікаве, як наступне. Якщо помістити рідину з її насиченою парою під рухомий поршень і почати опускати цей поршень, то, безсумнівно, концентрація насиченої пари збільшиться через зменшення об'єму. Однак через деякий час пара перейде з рідиною до нової динамічної рівноваги шляхом конденсації зайвої кількості пари, і тиск зрештою не зміниться. Друге положення теорії насиченої пари:

Тиск насиченої пари не залежить від обсягу

Тепер слід відзначити той факт, що тиск насиченої пари хоч і залежить від температури, як і ідеальний газ, але характер цієї залежності дещо інший. Справа в тому, що, як ми знаємо з основного рівняння МКТ, тиск газу залежить як від температури, так і концентрації газу. І тому тиск насиченої пари залежить від температури нелінійно доти, доки збільшується концентрація пари, тобто поки вся рідина не випарується. На наведеному нижче графіку (рис. 3) показаний характер залежності тиску насиченої пари від температури,

Рис. 3

причому перехід від нелінійної ділянки до лінійної якраз і означає точку випаровування всієї рідини. Так як тиск насиченого газу залежить тільки від температури, можна абсолютно однозначно встановити, який буде тиск насиченої пари при заданій температурі. Ці співвідношення (а також значення щільності насиченої пари) занесені до спеціальної таблиці.

Звернемо тепер нашу увагу на такий важливий фізичний процесяк кипіння. У восьмому класі вже давалося визначення кипіння як процесу пароутворення більш інтенсивному, ніж випаровування. Тепер ми дещо доповнимо це поняття.

Визначення. Кипіння- процес пароутворення, що протікає по всьому об'єму рідини. Який механізм кипіння? Справа в тому, що у воді завжди є розчинене повітря, а в результаті збільшення температури його розчинність зменшується, і утворюються мікробульбашки. Так як дно і стінки судини не ідеально гладкі, ці бульбашки чіпляються через нерівність. внутрішньої сторонисудини. Тепер розділ вода-повітря існує не тільки біля поверхні води, а й усередині об'єму води, і бульбашки починають переходити молекули води. Таким чином, усередині бульбашок з'являється насичена пара. Далі ці бульбашки починають спливати, збільшуючись в об'ємі і приймаючи більшу кількість молекул води всередину себе, а біля поверхні лопаються, викидаючи насичену пару в довкілля (рис. 4).

Рис. 4. Процес кипіння ()

Умовою ж утворення та спливання цих бульбашок є така нерівність: тиск насиченої пари має бути більшим або дорівнювати атмосферному тиску.

Таким чином, оскільки тиск насиченої пари залежить від температури, температура кипіння визначається тиском довкілля: чим воно менше, тим при нижчій температурі закипає рідина, і навпаки.

на наступному уроціми почнемо розглядати властивості твердих тіл.

Список літератури

1. Мякішев Г.Я., Синяков А.З. Молекулярна фізика. Термодинаміка. - М: Дрофа, 2010.
2. Генденштейн Л.Е., Дік Ю.І. Фізика 10 клас. - М: Ілекса, 2005.
3. Касьянов В.А. Фізика 10 клас. - М: Дрофа, 2010.

1. Physics.ru ().
2. Chemport.ru().
3. Narod.ru ().

Домашнє завдання

1. Стор. 74: №546-550. фізика. Задачник. 10-11 класи. Римкевич А.П. - М: Дрофа, 2013. ()
2. Чому альпіністи не можуть зварити яйця на висоті?
3. Які ви можете навести способи остудити чай? Обґрунтуйте їх із погляду фізики.
4. Чому слід послаблювати газовий тиск на конфорці після закипання води?
5. * Яким чином можна досягти нагрівання води вище ста градусів за Цельсієм?

Зі зростанням температури тиск зростає. Так як тиск насиченої пари не залежить від об'єму, то отже, воно залежить тільки від температури.
Однак залежність р н.від Т, знайдена експериментально, не є прямо пропорційною, як у ідеального газу при постійному обсязі. Зі збільшенням температури тиск реальної насиченої пари зростає швидше, ніж тиск ідеального газу ( рис.11.1, ділянка кривої АВ). Це стає очевидним, якщо провести ізохори ідеального газу через точки Аі У(Штрихові прямі). Чому це відбувається?

При нагріванні рідини в закритій посудині частина рідини перетворюється на пару. В результаті згідно з формулою (11.1) тиск насиченої пари зростає не тільки внаслідок підвищення температури рідини, але і внаслідок збільшення концентрації молекул (щільності) пари. В основному збільшення тиску при підвищенні температури визначається збільшенням концентрації. Головна відмінність у поведінці ідеального газу та насиченої пари полягає в тому, що при зміні температури пари в закритій посудині (або при зміні об'єму при постійній температурі) змінюється маса пари. Рідина частково перетворюється на пару, або, навпаки, пара частково конденсується. З ідеальним газомнічого подібного немає.
Коли вся рідина випарується, пара при подальшому нагріванні перестане бути насиченою і її тиск при постійному обсязі зростатиме прямо пропорційно абсолютної температури(Див. рис.11.1, ділянка кривої НД).
Кипіння.У міру збільшення температури рідини інтенсивність випаровування збільшується. Зрештою, рідина починає кипіти. При кипінні по всьому об'єму рідини утворюються бульбашки пари, що швидко ростуть, які спливають на поверхню. Температура кипіння рідини залишається незмінною. Це відбувається тому, що вся енергія, що підводиться до рідини, витрачається на перетворення її в пару. За яких умов починається кипіння?
У рідині завжди присутні розчинені гази, що виділяються на дні та стінках судини, а також на зважених у рідині порошинках, які є центрами пароутворення. Пари рідини, що знаходяться всередині бульбашок, є насиченими. Зі збільшенням температури тиск насиченої пари зростає і бульбашки збільшуються в розмірах. Під дією сили, що виштовхує, вони спливають вгору. Якщо верхні шари рідини мають більше низьку температуру, то цих шарах відбувається конденсація пари в бульбашках. Тиск стрімко падає, і бульбашки закриваються. Захлопування відбувається настільки швидко, що стінки бульбашки, стикаючись, виробляють щось на зразок вибуху. Безліч таких мікровибухів створює характерний шум. Коли рідина досить прогріється, бульбашки перестануть захлопуватись і спливуть на поверхню. Рідина закипить. Слідкуйте за чайником на плиті. Ви побачите, що перед закипанням він майже перестає шуміти.
Залежність тиску насиченої пари від температури пояснює, чому температура кипіння рідини залежить від тиску її поверхню. Пухирець пари може зростати, коли тиск насиченої пари всередині нього трохи перевершує тиск у рідині, який складається з тиску повітря на поверхню рідини (зовнішній тиск) і гідростатичного тискустовп рідини.
Звернемо увагу на те, що випаровування рідини відбувається при температурах, менших за температуру кипіння, і тільки з поверхні рідини, при кипінні утворення пари відбувається по всьому об'єму рідини.
Кипіння починається при температурі, при якій тиск насиченої пари в бульбашках порівнюється з тиском у рідині.
Чим більший зовнішній тиск, тим вища температура кипіння. Так, у паровому котлі при тиску, що досягає 1,6 10 6 Па вода не кипить і при температурі 200°С. У медичних установу герметично закритих судинах - автоклавах ( рис.11.2) кипіння води також відбувається за підвищеного тиску. Тому температура кипіння рідини значно вища за 100°С. Автоклави застосовують для стерилізації хірургічних інструментів та ін.

І навпаки, зменшуючи зовнішній тиск, ми тим самим знижуємо температуру кипіння. Відкачуючи насосом повітря та пари води з колби, можна змусити воду кипіти при кімнатній температурі (рис.11.3). При підйомі в гори атмосферний тискзменшується, тому зменшується температура кипіння. На висоті 7134 м (пік Леніна на Памірі) тиск приблизно дорівнює 4 10 4 Па (300 мм рт. ст.). Вода кипить там приблизно за 70°С. Зварити м'ясо у умовах неможливо.

Кожна рідина має свою температуру кипіння, яка залежить від тиску її насиченої пари. Чим вищий тиск насиченої пари, тим нижча температура кипіння рідини, тому що при менших температурах тиск насиченої пари стає рівним атмосферному. Наприклад, при температурі кипіння 100°С тиск насичених парів води дорівнює 101 325 Па (760 мм рт. ст.), а парів ртуті - лише 117 Па (0,88 мм рт. ст.). Кипить ртуть при температурі 357°З нормальному тиску.
Рідина закипає, коли тиск її насиченої пари стає рівним тиску всередині рідини.

Білет №1

Насичений пар.

Якщо посудину з рідиною щільно закрити, то спочатку кількість рідини зменшиться, а потім залишатиметься постійною. При постійній температурі система рідина - пара прийде в стан теплової рівноваги і буде знаходитися в ньому як завгодно довго. Одночасно з процесом випаровування відбувається і конденсація, обидва процеси в середньому компенсують один одного.

У перший момент, після того як рідина наллють у посудину і закриють його, рідина випаровуватиметься і щільність пари над нею буде збільшуватися. Однак одночасно з цим зростатиме і число молекул, що повертаються в рідину. Чим більша щільність пари, тим більша кількістьйого молекул повертається у рідину. В результаті в закритій посудині при постійній температурі встановиться динамічна (рухлива) рівновага між рідиною і парою, тобто число молекул, що залишають поверхню рідини за деякий проміжок часу, буде дорівнює в середньому числу молекул пари, що повернулися за той же час у рідину.

Пар, що знаходиться в динамічній рівновазі зі своєю рідиною, називають насиченою парою. Це визначення підкреслює, що в даному обсязі при даній температурі не може бути більша кількість пари.

Тиск насиченої пари.

Що відбуватиметься з насиченою парою, якщо зменшити об'єм, який він займає?Наприклад, якщо стискати пару, що знаходиться в рівновазі з рідиною в циліндрі під поршнем, підтримуючи температуру постійного постійного циліндра.

При стисканні пари рівновага почне порушуватися. Щільність пари в перший момент трохи збільшиться, і з газу в рідину почне переходити більше молекул, ніж з рідини в газ. Адже кількість молекул, що залишають рідину в одиницю часу, залежить тільки від температури, і стиснення пари це число не змінює. Процес триває до того часу, поки знову не встановиться динамічна рівновага і щільність пари, отже, і концентрація його молекул приймуть колишніх своїх значень. Отже, концентрація молекул насиченої пари за постійної температури не залежить від його об'єму.

Так як тиск пропорційно концентрації молекул (p=nkT), то з цього визначення випливає, що тиск насиченої пари не залежить від об'єму, який він займає.

Тиск p н. пара, при якому рідина знаходиться в рівновазі зі своєю парою, називають тиском насиченої пари.

Залежність тиску насиченої пари від температури

Стан насиченої пари, як показує досвід, наближено описується рівнянням стану ідеального газу, яке тиск визначається формулою

Зі зростанням температури тиск зростає. Так як тиск насиченої пари не залежить від об'єму, то отже, воно залежить тільки від температури.

Проте залежність р н. від Т, знайдена експериментально, не є прямо пропорційною, як ідеальний газ при постійному обсязі. Зі збільшенням температури тиск реальної насиченої пари зростає швидше, Чим тиск ідеального газу (рис. ділянку кривої 12). Чому це відбувається?

При нагріванні рідини в закритій посудині частина рідини перетворюється на пару. В результаті згідно з формулою Р = nкТ тиск насиченої пари зростає не тільки внаслідок підвищення температури рідини, але йвнаслідок збільшення концентрації молекул (щільності) пари. В основному збільшення тиску при підвищенні температури визначається збільшенням концентрації.

(Головна відмінність у поведінці ідеального газу і насиченої пари полягає в тому, що при зміні температури пари в закритій посудині (або при зміні об'єму при постійній температурі) змінюється маса пари. Рідина частково перетворюється на пару, або, навпаки, пар частково конденсується. ідеальним газом нічого подібного не відбувається.)

Коли вся рідина випарується, пара при подальшому нагріванні перестане бути насиченою і її тиск при постійному обсязі зростатиме прямо пропорційно до абсолютної температури (див. рис., ділянка кривої 23).

Кипіння.

Кипіння - це інтенсивний перехід речовини з рідкого стану в газоподібний, що відбувається по всьому об'єму рідини (а не тільки з поверхні). (Конденсація – зворотний процес.)

У міру збільшення температури рідини інтенсивність випаровування збільшується. Зрештою, рідина починає кипіти. При кипінні по всьому об'єму рідини утворюються бульбашки пари, що швидко ростуть, які спливають на поверхню. Температура кипіння рідини залишається незмінною. Це відбувається тому, що вся енергія, що підводиться до рідини, витрачається на перетворення її в пару.

За яких умов починається кипіння?

У рідині завжди присутні розчинені гази, що виділяються на дні та стінках судини, а також на зважених у рідині порошинках, які є центрами пароутворення. Пари рідини, що знаходяться всередині бульбашок, є насиченими. Зі збільшенням температури тиск насиченої пари зростає і бульбашки збільшуються в розмірах. Під дією сили, що виштовхує, вони спливають вгору. Якщо верхні шари рідини мають нижчу температуру, то цих шарах відбувається конденсація пари в бульбашках. Тиск стрімко падає, і бульбашки закриваються. Захлопування відбувається настільки швидко, що стінки бульбашки, стикаючись, виробляють щось на зразок вибуху. Безліч таких мікровибухів створює характерний шум. Коли рідина досить прогріється, бульбашки перестануть захлопуватись і спливуть на поверхню. Рідина закипить. Слідкуйте за чайником на плиті. Ви побачите, що перед закипанням він майже перестає шуміти.

Залежність тиску насиченої пари від температури пояснює, чому температура кипіння рідини залежить від тиску її поверхню. Пухирець пари може зростати, коли тиск насиченої пари всередині нього трохи перевищує тиск у рідині, який складається з тиску повітря на поверхню рідини (зовнішній тиск) і гідростатичного тиску стовпа рідини.

Кипіння починається при температурі, при якій тиск насиченої пари в бульбашках порівнюється з тиском у рідині.

Чим більший зовнішній тиск, тим вища температура кипіння.

І навпаки, зменшуючи зовнішній тиск, тим самим знижуємо температуру кипіння. Відкачуючи насосом повітря та пари води з колби, можна змусити воду кипіти за кімнатної температури.

У кожної рідини своя температура кипіння (яка залишається постійною, доки вся рідина не википить), яка залежить від тиску її насиченої пари. Чим вищий тиск насиченої пари, тим нижча температура кипіння рідини.

Питома теплота пароутворення.

Кипіння відбувається із поглинанням теплоти.

Більшість теплоти, що підводиться, витрачається на розрив зв'язків між частинками речовини, решта - на роботу, що здійснюється при розширенні пари.

В результаті енергія взаємодії між частинками пари стає більшою, ніж між частинками рідини, тому внутрішня енергія пари більша, ніж внутрішня енергія рідини при тій же температурі.

Кількість теплоти, необхідне для переведення рідини в пару в процесі кипіння, можна розрахувати за формулою:

де m - маса рідини (кг),

L - питома теплота пароутворення (Дж/кг)

Питома теплота пароутворення показує, скільки теплоти необхідно, щоб перетворити на пару 1 кг даної речовини при температурі кипіння. Одиниця питомої теплотипароутворення в системі СІ:

[L] = 1 Дж/кг

Вологість повітря та його вимір.

У навколишньому повітрі практично завжди знаходиться деяка кількість водяної пари. Вологість повітря залежить від кількості водяної пари, що міститься в ній.

Сире повітря містить більший відсоток молекул води, ніж сухе.

Велике значення має відносна вологість повітря, повідомлення про яку щодня звучать у зведеннях метеопрогнозу.

Про
відносна вологість - це відношення щільності водяної пари, що міститься в повітрі, до щільності насиченої пари при даній температурі, виражене у відсотках. (Показує, наскільки водяна пара в повітрі близька до насичення)

Точка роси

Сухість або вологість повітря залежить від того, наскільки близька його водяна пара до насичення.

Якщо вологе повітря охолоджувати, то пар, що знаходиться в ньому, можна довести до насичення, і далі він буде конденсуватися.

Ознакою того, що пара наситилася є поява перших крапель рідини, що сконденсувалася - роси.

Температура, коли пар, що у повітрі, стає насиченим, називається точкою роси.

Крапка роси також характеризує вологість повітря.

Приклади: випадання роси під ранок, запотівання холодного скла, якщо на нього подихати, утворення краплі води на холодній водопровідній трубі, вогкість у підвалах будинків.

Для вимірювання вологості повітря використовують вимірювальні прилади – гігрометри. Існують кілька видів гігрометрів, але основні: волосяний та психрометричний. Так як безпосередньо виміряти тиск водяної пари в повітрі складно, відносну вологість повітря вимірюють непрямим шляхом.

Відомо, що від відносної вологості повітря залежить швидкість випаровування. Чим менша вологість повітря, тим легше волозі випаровуватися.

У У психрометрі є два термометри. Один – звичайний, його називають сухим. Він вимірює температуру навколишнього повітря. Колба іншого термометра обмотана тканинним ґнотом і опущена в ємність з водою. Другий термометр показує не температуру повітря, а температуру вологого гноту, звідси і назва зволожений термометр. Чим менше вологість повітря, тим інтенсивніше випаровується волога з гніт, тим більша кількість теплоти в одиницю часу відводиться від зволоженого термометра, тим менше його показання, отже, тим більша різниця показань сухого і зволоженого термометрів. насиченоюрідини та сухого насиченого пара v"=0,001 v""=1,7 ... вологий насичений парзі ступенем сухості Обчислюємо екстенсивні характеристики вологого насиченого парапо...