Тиск насиченої пари

«Фізика - 10 клас»

Як ви думаєте, що буде відбуватися з насиченою парою, якщо зменшити займаний ним об'єм: наприклад, якщо стискати пар, що знаходиться в рівновазі з рідиною в циліндрі під поршнем, підтримуючи температуру вмісту циліндра постійної?

При стисненні пара рівновагу почне порушуватися. Щільність пара в перший момент трохи збільшиться, і з газу в рідину почне переходити більша кількість молекул, ніж з рідини в газ. Адже число молекул, що залишають рідину в одиницю часу, залежить тільки від температури, і стиснення пари це число не змінює. Процес триває до тих пір, поки знов не встановиться динамічна рівновага і щільність пара, а значить, і концентрація його молекул не приймуть колишніх своїх значень. отже,

концентрація молекул насиченої пари при постійній температурі не залежить від його обсягу.

Так як тиск пропорційно концентрації молекул (р = nkT), то з цього визначення випливає, що тиск насиченої пари не залежить від займаного їм обсягу.

Тиск рн. п пара, при якому рідина знаходиться в рівновазі зі своїм парою, називають тиском насиченої пари.

При стисненні насиченої пари все більша частина його переходить в рідкий стан. Рідина даної маси займає менший обсяг, ніж пар тій же маси. В результаті обсяг пара при незмінній його щільності зменшується.

Газові закони для насиченої пари несправедливі (при будь-якому обсязі при постійній температурі тиск насиченої пари однаково). У той же час стан насиченої пари досить точно описується рівнянням Менделєєва-Клапейрона.

ненасичений пар

> Якщо пар поступово стискають при постійній температурі, а перетворення його в рідину не відбувається, то така пара називають ненасиченим.

При зменшенні обсягу (рис. 11.1) тиск ненасиченого пара збільшується (ділянку 1-2) подібно до того, як змінюється тиск при зменшенні обсягу ідеального газу. При певному обсязі пар стає насиченим, і при подальшому його стисненні відбувається перетворення його в рідину (ділянка 2-3). У цьому випадку над рідиною вже буде перебувати насичений пар.

Як тільки весь пар перетвориться в рідину, подальше зменшення обсягу викличе різке збільшення тиску (рідина малосжімаема).

Однак пара перетворюється в рідину ні при будь-якій температурі. Якщо температура вище деякого значення, то, як би ми не стискали газ, він ніколи не перетвориться в рідину.

> Максимальна температура, при якій пар ще може перетворитися в рідину, називається критичною температурою.

Кожному речовині відповідає своя критична температура, у гелію Tкр = 4 К, у азоту Tкр = 126 К.

Стан речовини при температурі вище критичної називається газом; при температурі нижче критичної, коли у пари є можливість перетворитися в рідину, - паром.

Властивості насиченого і ненасиченого пара різні.

Залежність тиску насиченої пари від температури.

Стан насиченої пари, як показує досвід, приблизно описується рівнянням стану ідеального газу (10.4), а його тиск визначається формулою

рн. п = nkT. (11.1)

З ростом температури тиск зростає .

Так як тиск насиченої пари не залежить від об'єму , то, таким чи тельно, воно залежить тільки від температури.

Однак залежність тиску рн. п від температури Т, знайдена експериментально, не є прямо пропорційною, як у ідеального газу при постійному об'ємі. Зі збільшенням температури тиск реального насиченого пара зростає швидше, ніж тиск ідеального газу (рис. 11.2, ділянка кривої АВ). Це стає очевидним, якщо провести ізохорами ідеального газу через точки А і В (штрихові прямі). Чому це відбувається?

При нагріванні рідини в закритій посудині частина рідини перетворюється в пар. В результаті згідно з формулою (11.1) тиск насиченої пари зростає не тільки внаслідок підвищення температури рідини, але і внаслідок збільшення концентрації молекул (щільності) пара.

В основному збільшення тиску при підвищенні температури визначається саме збільшенням концентрації. Головна відмінність в поведінці ідеального газу і насиченої пари полягає в тому, що при зміні температури пара в закритій посудині (або при зміні обсягу при постійній температурі) змінюється маса пари.

Чому складаються таблиці залежності тиску насиченої пари від температури і немає таблиць залежності тиску газу від температури?

Рідина частково перетворюється на пару, або, навпаки, пар частково конденсується. З ідеальним газом нічого подібного не відбувається.

Коли вся рідина випарується, пар при подальшому нагріванні перестане бути насиченим і його тиск при постійному обсязі буде зростати прямо пропорційно абсолютній температурі (див. Рис. 11.2, ділянка кривої ВС).

Кипіння.

У міру збільшення температури рідини інтенсивність випаровування збільшується. Нарешті, рідина починає кипіти. При кипінні по всьому об'єму рідини утворюються швидко зростаючі бульбашки пара, які спливають на поверхню.

Кипіння - це процес пароутворення, що відбувається по всьому об'єму рідини при температурі кипіння.

За яких умов починається кипіння?

На що витрачається при кипінні підводиться до рідини тепло з точки зору молекулярно-кінетичної теорії?

Температура кипіння рідини залишається постійною. Це відбувається тому, що вся що підводиться до рідини енергія витрачається на перетворення її в пару.

У рідині завжди присутні розчинені гази, що виділяються на дні і стінках посудини, а також на зважених в рідини порошинки, 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 в цих шарах відбувається конденсація пари в бульбашках. Тиск стрімко падає, і бульбашки закриваються. Закриття відбувається настільки швидко, що стінки бульбашки, стикаючись, роблять щось на зразок вибуху. Безліч таких мікровзривов створює характерний шум. Коли рідина достатньо прогріється, бульбашки перестануть закриватися і спливуть на поверхню. Рідина закипить.

Залежність тиску насиченої пари від температури пояснює, чому температура кипіння рідини залежить від тиску на її поверхню. Бульбашка пара може рости, коли тиск насиченої пари всередині його трохи перевершує тиск в рідині, що складається з тиску повітря на поверхню рідини (зовнішній тиск) і гідростатичного тиску стовпа рідини.

Звернемо увагу на те, що випаровування рідини відбувається і при температурах, менших температури кипіння, але тільки з поверхні рідини, при кипінні ж освіту пара відбувається по всьому об'єму рідини.

Кипіння починається при температурі, при якій тиск насиченої пари в бульбашках порівнюється і стає трохи більше тиску в рідині.

Чим більше зовнішній тиск, тим вище температура кипіння.

Так, в паровому котлі при тиску, що досягає 1,6 • 106 Па, вода не кипить і при температурі 200 ° С. У медичних установах в герметично закритих судинах - автоклавах (рис. 11.3) кипіння води також відбувається при підвищеному тиску. Тому температура кипіння рідини значно вище 100 ° С. Автоклави застосовують, наприклад, для стерилізації хірургічних інструментів, прискорення приготування їжі (скороварка), консервації їжі, проведення хімічних реакцій.

І навпаки, зменшуючи зовнішній тиск, ми тим самим знижуємо температуру кипіння.

Відкачуючи насосом повітря і пари води з колби, можна змусити воду кипіти при кімнатній температурі. При підйомі в гори атмосферний тиск зменшується, тому зменшується температура кипіння. На висоті 7134 м (пік Леніна на Памірі) тиск приблизно дорівнює 4 • 104 Па (300 мм рт. Ст.). Вода кипить там приблизно при 70 ° С. Зварити м'ясо в цих умовах неможливо.

У кожної рідини своя температура кипіння, яка залежить від властивостей рідини. При одній і тій же температурі тиск насиченої пари різних рідин різна.

Наприклад, при температурі 100 ° С тиск насичених парів води одно 101 325 Па (760 мм рт. Ст.), А пари ртуті - всього лише 117 Па (0,88 мм рт. Ст.). Так як кипіння відбувається при тій же температурі, при якій тиск насиченої пари дорівнює зовнішньому тиску, то вода при 100 ° С закипає, а ртуть немає. Кипить ртуть при температурі 357 ° С при нормальному тиску.

Джерело: «Фізика - 10 клас», 2014 року, підручник Мякішев, Буховцев, Соцький

Основи термодинаміки. Теплові явища - Фізика, підручник для 10 класу - Клас! Ная фізика

Насичений пар --- Тиск насиченої пари --- Вологість повітря --- Приклади розв'язання задач за темою «Насичений пар. Вологість повітря" --- кристалічні тіла --- аморфні тіла --- Внутрішня енергія --- Робота в термодинаміці --- Приклади розв'язання задач за темою «Внутрішня енергія. Робота » --- Кількість теплоти. Рівняння теплового балансу --- Приклади розв'язання задач за темою: «Кількість теплоти. Рівняння теплового балансу » --- Перший закон термодинаміки --- Застосування першого закону термодинаміки до різних процесів --- Приклади розв'язання задач за темою: «Перший закон термодинаміки» --- Другий закон термодинаміки --- Статистичний характер другого закону термодинаміки --- Принцип дії теплових двигунів. Коефіцієнт корисної дії (ККД) теплових двигунів --- Приклади розв'язання задач за темою: «КПД теплових двигунів»