Насыщенный и ненасыщенный пар.

Насыщенный и
ненасыщенный
пар.
*Парообразование - процесс превращения
жидкости в пар.
Пар — газообразное состояние вещества в
условиях, когда газовая фаза может находиться в
равновесии с жидкой или твёрдой фазами того же
вещества. В разговорной речи под словом «пар»
почти всегда понимают водяной пар.
*Конденсация - процесс превращения пара в
жидкость.
*ИСПАРЕНИЕ - процесс парообразования с
поверхности жидкости или твердого тела.
*Парообразование может происходить
непосредственно из твердого состояния —
это называется возгонка (илисублимация).
Скорость испарения зависит от:
*площади поверхности жидкости.
*температуры (увеличивается), хотя
происходит при любой температуре и
не требует постоянного притока тепла.
Температура жидкости уменьшается.
*движения молекул над поверхностью
жидкости или газа
*рода вещества.
НАСЫЩЕННЫЙ И
НЕНАСЫЩЕННЫЙ ПАР.
Сначала число молекул,
вылетающих из жидкости за 1 с,
больше числа молекул,
возвращающихся обратно, и
плотность, а значит, и давление
пара растет.
Когда число молекул,
возвращающихся в жидкость в
единицу времени, станет равным
числу молекул, покидающих её.
Такое состояние
называют динамическим
равновесием.
НАСЫЩЕННЫЙ И
НЕНАСЫЩЕННЫЙ ПАР.
Пар, находящийся в состоянии
динамического равновесия со своей
жидкостью, называется насыщенным
паром.
Пар, который не находится в состоянии
динамического равновесия со своей
жидкостью, называется ненасыщенным.
Опыт показывает, что ненасыщенные
пары подчиняются всем газовым законам
Давление насыщенного пара
p=nkT
НАСЫЩЕННЫЙ ПАР.
Для насыщенных паров характерны следующие свойства:
* давление насыщенного пара при данной температуре — это
максимальное давление, которое может иметь пар при
данной температуре;
* давление насыщенного пара зависят от рода вещества. Чем
меньше удельная теплота парообразования жидкости, тем
быстрее она испаряется и тем больше давление паров;
* давление насыщенного пара однозначно определяется его
температурой (не зависят от того, каким образом пар
достиг этой температуры: при нагревании или при
охлаждении);
* давление пара быстро возрастают с увеличением
температуры
* при постоянной температуре давление и плотность
насыщенного пара не зависят от объема.
Влажность
*Воздух, содержащий водяные пары,
называют влажным. Для характеристики
содержания водяного пара в воздухе вводят
ряд величин: абсолютную влажность и
относительную влажность.
*Абсолют ной влажност ью ρ воздуха называют
величину, численно равную массе водяного
пара, содержащегося в 1 м3 воздуха (т.е.
плотность водяного пара в воздухе при данных
условиях).
*В СИ единицей абсолютной влажности
является килограмм на кубический метр
(кг/м3).
Влажность
Абсолютная влажность ρ и давление p водяного пара
связаны между собой уравнением состояния
идеального газа
𝑚
p⋅V=
𝜇
R⋅T ⇒
ρ
p= R⋅T
𝜇
Если известна только абсолютная влажность, еще
нельзя судить, насколько сух или влажен воздух. Для
определения степени влажности воздуха необходимо
знать, близок или далек водяной пар от насыщения.
Влажность
Абсолютная влажность ρ и давление p водяного пара
связаны между собой уравнением состояния
идеального газа
𝑚
p⋅V=
𝜇
R⋅T ⇒
ρ
p= R⋅T
𝜇
Если известна только абсолютная влажность, еще
нельзя судить, насколько сух или влажен воздух. Для
определения степени влажности воздуха необходимо
знать, близок или далек водяной пар от насыщения.
Влажность
Относительной влажностью воздуха φ называют
выраженное в процентах отношение абсолютной
влажности к плотности ρ0 насыщенного пара при
данной температуре
(или отношение давления p водяного пара к
давлению p0 насыщенного пара при данной
температуре):
ρ
φ = ⋅100%
ρ
0
p
φ = ⋅100%.
p0
Влажность
Приборы для измерения влажности воздуха :
1. Гигрометры
-конденсационный гигрометр
-волосной гигрометр
керамический гигрометр
2. Психрометр
Гигрометры
Психрометр
Критическая температура
Однако пар превращается в жидкость не при любой
температуре. Если температура выше некоторого
значения, то, как бы мы ни сжимали газ, он никогда не
превратится в жидкость.
Максимальная температура, при которой пар еще может
превратиться в жидкость, называется критической
температурой.
Состояние вещества при температуре выше критической
называется газом;
при температуре ниже критической, когда у пара есть
возможность превратиться в жидкость, - паром.
Каждому веществу соответствует своя критическая
температура, у гелияTкр=4 К, у азотаТкр=126 К.
Критическая температура
* Кипение.
Парообразование, происходящее по
всему объему жидкости вследствие
возникновения и всплытия на
поверхность многочисленных
пузырей насыщенного пара,
называется кипением.
Кипение - это интенсивное
парообразование, которое
происходит при нагревании
жидкости не только с поверхности,
но и внутри неё.
Кипение происходит с поглощением энергии.
Большая часть подводимой теплоты расходуется на разрыв связей
между частицами вещества, остальная часть - на работу, совершаемую
при расширении пара.
В результате энергия взаимодействия между частицами пара становится
больше, чем между частицами жидкости, поэтому внутренняя энергия
пара больше, чем внутренняя энергия жидкости
при той же температуре.
* Удельная теплота парообразования.
*Количество теплоты, необходимое для перевода
жидкости в пар в процессе кипения можно рассчитать по
формуле:
Q = L m
или
Q = r m
где m - масса жидкости (кг),
L, r - удельная теплота парообразования.
*Удельная
теплота парообразования показывает, какое
количество теплоты необходимо,
чтобы превратить в пар 1 кг данного вещества при
температуре кипения.
Единица удельной теплоты парообразования в системе
СИ:
[ L ] = 1 Дж/ кг
* Температура кипения.
Во время кипения
температура
жидкости не
меняется..
При кипении
температуры
жидкости и пара
над ее
поверхностью
равны.
*Температура кипения.
Температура кипения зависит от давления,
оказываемого на жидкость.
Каждое вещество при одном и том же давлении имеет
свою температуру кипения.
При увеличением атмосферного давления кипение
начинается при более высокой температуре, при
уменьшении давления - наоборот..
Так, например, вода кипит при 100 °С лишь при
нормальном атмосферном давлении.
ЧТО ЖЕ ПРОИСХОДИТ
ВНУТРИ ЖИДКОСТИ ПРИ КИПЕНИИ ?
Кипение представляет собой переход жидкости в пар с
непрерывным образованием и ростом в жидкости
пузырьков пара, внутрь которых происходит испарение
жидкости.
В начале нагревания вода насыщена воздухом и имеет
комнатную температуру.
При нагревании воды, растворенный в ней газ выделяется
на дне и стенках сосуда, образуя воздушные пузырьки. Они
начинают появляться задолго до кипения. В эти пузырьки
испаряется вода. Пузырек, наполненный паром, при
достаточно высокой температуре начинает раздуваться.
ЧТО ЖЕ ПРОИСХОДИТ
ВНУТРИ ЖИДКОСТИ ПРИ КИПЕНИИ ?
Достигнув определенных размеров он отрывается от
дна, поднимается к поверхности воды и лопается. При
этом пар покидает жидкость. Если вода прогрета
недостаточно, то пузырек пара, поднимаясь в холодные
слои, схлопывается. Возникающие при этом колебания
воды приводят к появлению во всем объеме воды
огромного количества мелких пузырьков воздуха: так
называемый "белый ключ".
ЧТО ЖЕ ПРОИСХОДИТ
ВНУТРИ ЖИДКОСТИ ПРИ КИПЕНИИ ?
На воздушный пузырек объемом V на дне сосуда
действует подъемная сила:
Fпод = Fархимеда - Fтяжести
Пузырек прижат ко дну, поскольку на нижнюю
поверхность силы давления не действуют. При
нагреве пузырек увеличивается за счет выделения в
него газа и отрывается от дна, когда подъемная
сила будет немного больше прижимающей. Размер
пузырька, способного оторваться от дна, зависит от
его формы. Форма пузырьков на дне определяется
смачиваемостью дна сосуда.
ЧТО ЖЕ ПРОИСХОДИТ
ВНУТРИ ЖИДКОСТИ ПРИ КИПЕНИИ
?
Когда пузырек лопается, вся
окружающая его жидкость
устремляется внутрь, и
возникает кольцевая волна.
Смыкаясь, она выбрасывает
вверх столбик воды.
При схлопывании лопающихся пузырьков в жидкости
распространяются ударные волны ультразвуковых
частот, сопровождаемые слышимым шумом.
Для начальных стадий кипения характерны самые
громкие и высокие звуки
(на стадии "белого ключа" чайник "поет").
Это интересно.
1. Продолжительность варки картофеля, начиная с момента кипения,
не зависит от мощности нагревателя. Продолжительность
определяется временем пребывания продукта при температуре
кипения.
Мощность нагревателя не влияет на температуру кипения, а влияет
только на скорость испарения воды.
2. Кипением можно заставить воду замерзнуть. Для этого надо
производить откачку воздуха и водяного пара из сосуда, где находится
вода, так, чтобы вода все время кипела.
3. В горных районах на значительной высоте при пониженном
атмосферном давлении вода кипит при температурах ниже, чем 100
градусов Цельсия.
Ждать, пока сварится такой обед, приходится дольше.
4. При приготовлении пищи давление внутри кастрюли "скороварки" - около 200 кПа, и суп в такой кастрюле сварится
значительно быстрее.
5. Можно набрать в шприц воду примерно до половины, закрыть той же
пробочкой и резко потянуть за поршень. В воде возникнет масса пузырьков,
говорящих, что начался процесс кипения воды (и это при комнатной
температуре!).