насыщенный и ненасыщенный пар

Насыщенный и
ненасыщенный пар.
Изотермы реального газа.
Влажность воздух
10 класс
А знаете ли вы, что …
… с поверхности всех водоемов на
Земле ежесуточно испаряется около
7000 км3 воды.
•Бассейн с таким количеством воды
имел бы размеры 80 х 90 км при
километре глубины!
Насыщенный и ненасыщенный пар
Как в жидкостях, так и в твердых телах всегда
имеется некоторое число молекул, энергия
которых достаточна для преодоления
притяжения к другим молекулам и которые
способны оторваться от поверхности
жидкости или твердого тела и перейти в
окружающее их пространство.
Этот процесс для жидкости
называется испарением (или
парообразованием), а для
твердых тел - сублимацией (или
возгонкой).
В результате хаотического движения над
поверхностью жидкости молекула пара,
попадая в сферу действия молекулярных сил,
вновь возвращается в жидкость. Этот процесс
называется конденсацией.
Испарение жидкости происходит при любой
температуре и тем быстрее, чем выше
температура, больше площадь свободной
поверхности испаряющейся жидкости и
быстрее удаляются образовавшиеся над
жидкостью пары.
• Следует обратить
внимание, что
процесс
парообразования
связан с
увеличением
внутренней энергии
вещества, а процесс
конденсации - с
уменьшением ее.
Если за одно и то же время
число испаряющихся и конденсирующихся молекул
пара одинаково, то число молекул пара над
жидкостью будет оставаться постоянным . Такое
состояние называют динамическим равновесием
пара и жидкости.
•Пар, находящийся в динамическом
равновесии с жидкостью, называют
насыщенным.
При неизменной температуре
плотность насыщенного пара над
жидкостью остается постоянной.
Пар, плотность которого
меньше плотности насыщающего пара при той
же температуре, называют ненасыщенным.
Ненасыщенный пар подчиняется законам
идеального газа.
Зависимость давления насыщенного пара
от температуры
• Состояние насыщенного пара
можно описывать уравнением
состояния идеального газа, а
его давление определяется
формулой p = n·k·T
Для данного вещества концентрация
молекул пара при равновесии жидкости и
ее пара определяется их равновесной
температурой. Установление динамического
равновесия между процессами испарения и
конденсации при повышении температуры
происходит при более высоких
концентрациях молекул пара. Так как
давление газа (пара) определяется его
концентрацией и температурой, то можно
сделать вывод: давление насыщенного пара
p0 данного вещества зависит только от его
температуры и не зависит от объема.
Поэтому изотермы реальных газов на
плоскости (p, V) содержат горизонтальные
участки, соответствующие двухфазной
системе
. Изотермы реального газа. Область I – жидкость, область II –
двухфазная система «жидкость + насыщенный пар», область III –
газообразное вещество. K – критическая точка.
зависимость p( T) насыщенного пара,
C
p
B
A
0
T
найденная экспериментально, не
является прямо
пропорциональной, как у
идеального газа при постоянном
объеме. С увеличением
температуры давление
насыщенного пара растет
быстрее, чем давление
идеального газа (участок АВ)
В основном
увеличение
давления
при повышении
температуры
определяется
именно
увеличением
концентрации
Главное различие
• в поведении идеального газа и
насыщенного пара состоит в том, что при
изменении температуры пара в закрытом
сосуде (или при изменении объема при
постоянной температуре) меняется масса
пара.
• Жидкость частично превращается в пар
или, напротив, пар частично
конденсируется.
Давление насыщенного пара
– одна из характеристик вещества. Для различных веществ это
давление, как правило, различно. Вещества с малым
значением этой величины при нормальных условиях являются
твердыми или жидкими; с большим значением –
газообразными. При средних значениях вещество является
либо легкоиспаряющейся жидкостью, либо легко
сжижающимся газом.
Давление насыщенного пара, кПа (при 20 °С)
Ртуть
0.0002
Эфир
59.7
Вода
2.3
Вода
101.3
(при 0°С)
Спирт
(при 100 °С)
5.9
Фреон
570
Давление насыщенного пара:
а) не зависит от объема над
испаряющейся жидкостью при
Т=const;
б) зависит от вида жидкости;
в) зависит от температуры: чем >T,
чем > p
г) р — max при Т кипения.
ρ
Tкр
T
При повышении температуры
давление насыщенного пара и его
плотность возрастают, а плотность
жидкости уменьшается из-за
теплового расширения. При
температуре, равной критической
температуре Tкр для данного
вещества, плотности пара и
жидкости становятся одинаковыми.
При T > Tкр исчезают физические
различия между жидкостью и ее
насыщенным паром. Если
изотермически сжимать
ненасыщенный пар при T < Tкр, то
его давление будет возрастать,
пока не станет равным давлению
насыщенного пара.
Кипение
• Частным случаем испарения является
кипение. Это процесс интенсивного
парообразования не только со
свободной поверхности, но и в
объеме жидкости. В объеме
образуются пузыри, заполненные
насыщенным паром. Они
поднимаются вверх под действием
выталкивающей силы и разрываются
на поверхности. Центрами их
образования являются мельчайшие
пузырьки посторонних газов или
частиц различных примесей
Процесс превращения
•жидкости в пар требует затрат энергии на разрыв
связей между молекулами жидкости и на работу
против сил внешнего давления.
•Давление насыщенного пара Pнас внутри пузырька,
находящегося у поверхности жидкости, равно сумме
внешнего давления на жидкость Рвн и давления под
искривленной поверхностью жидкости.
р н.п = р0 + ρgh
Если пузырек
имеет размеры порядка нескольких
миллиметров и более, то вторым
слагаемым можно пренебречь и,
следовательно, для больших пузырьков
при неизменном внешнем давлении
жидкость закипает, когда давление
насыщенного пара в пузырьках
становится равным внешнему
давлению.
Кипение жидкости начинается при такой
температуре, при которой давление ее насыщенных
паров становится равным внешнему давлению.
Вода
рн.п.= 101300 Па
Т кип = 100 0С
Ртуть
рн.п. = 117 Па
Ткип = 357 0С
Именно поэтому, чем
выше давление
насыщенного пара, тем
меньшая температуря
требуется для кипения
жидкости
Чем больше внешнее давление,
• Тем выше температура кипения. Так в
паровом котле при давлении,
достигающем 16 атм.(1,6·106 Па), вода не
кипит и при температуре 200С. И
наоборот, уменьшая внешнее давление,
можно понизить температуру кипения.
• Qпар = Lm
Чем выше давление насыщенного пара,
• тем ниже температура кипения
соответствующей жидкости, так как при
меньших температурах давление
насыщенного пара становится равным
атмосферному.
P, мм. Рт. ст
t, °C
P, мм. Рт. ст
t, °C
680
96,9138
750
99,6294
685
96,1153
755
99,8152
690
97,3156
760
100,000
695
97,5146
765
100,1838
700
97,7125
770
100,3666
705
97,9092
775
100,5484
710
98,1048
780
100,7293
715
98,2992
785
100,9092
720
98,4925
790
101,0881
725
96,6846
795
101,2661
730
98,8757
799
101,4079
735
99,0657
740
99,2547
Влажность воздуха
Для того чтобы судить, много или
мало водяных паров находится в
воздухе, вводят понятие влажности.
Абсолютная влажность количество пара, выраженное в
граммах, содержащееся в 1 м3 при
данной температуре, т.е.
абсолютная влажность равна
плотности паров воды.
Относительная влажность воздуха
В атмосферном воздухе всегда присутствуют пары воды
при некотором парциальном давлении p, которое, как
правило, меньше давления насыщенного пара p0.
Отношение p / p0, выраженное в процентах, называется
относительной влажностью воздуха.
100%
Относительная влажность  - это отношение
абсолютной влажности к плотности
насыщенного пара при данной температуре.
• показывает выраженную в
процентах долю, которую
составляет плотность пара,
содержащегося в данный момент в
воздухе, от плотности
насыщенного пара для этой же
температуры.
Точка росы
При изобарном охлаждении до
температуры tp пар становится
насыщенным и его состояние
изобразится точкой В.
Температуру tp, при
которой ненасыщенный
водяной пар становится
насыщенным, называют
точкой росы.
При охлаждении ниже точки росы
начинается конденсация паров:
появляется туман, выпадает роса,
запотевают окна. Точка росы позволяет
определить упругость водяного пара
p1, находящегося в воздухе при
температуре t1.
t, °C
–30
–28
–26
–24
–22
–20
–18
–16
–14
–12
–10
–8
–6
–4
–2
0
2
4
6
P, мм рт.
Ст.
ρ, кг/м3
0,28
0,33
0,35
0,41
0,43
0,51
0,52
0,60
0,64
0,73
0,77
0,88
0,94
1,05
1,13
1,27
1,36
1,51
1,63
1,80
1,95
2,14
2,32
2,54
2,76
2,99
3,28
3,51
3,88
4,13
4,58
4,84
5,29
5,60
6,10
6,40
7,01
7,3
t, °C
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
P, мм рт.
Ст.
8,05
9,21
10,52
11,99
13,63
15,48
17,54
19,83
22,38
25,21
28,35
ρ, кг/м3
8,3
9,4
10,7
12,1
13,6
15,4
17,3
19,4
21,8
24,4
27,2
30
31,82
30,3
32
35,66
33,9
34
39,90
37,6
36
44,56
41,8
38
49,69
46,3
40
55,32
51,2
t, °C
P, мм рт.
Ст.
ρ, кг/м3
50
92,5
83,0
60
149,4
130
70
233,7
198
80
355,1
293
90
525,8
424
100
760,0
598
Приборы для измерения относительной
влажности
Наиболее простым прибором
для измерения влажности воздуха является
волосяной гигрометр. В качестве детали,
чувствительной к изменению влажности,
служит обезжиренный человеческий волос [1].
Он закреплен в верхней части прибора [2],
обернут вокруг ролика [3] и натянут при
помощи специально подобранного груза [4]. К
ролику прикреплена стрелка [5]. При
увеличении относительной влажности воздуха
волос удлиняется и вызывает вращение ролика
вместе со стрелкой. Передвигаясь по шкале,
она и указывает значение влажности воздуха,
выраженное в процентах.
Психрометр
прибор для
определения
температуры и
влажности воздуха.
Психрометр Августа
• имеет два термометра: "сухой" и
"влажный". Они так называются потому,
что конец одного из термометров находится в
воздухе, а конец второго обвязан кусочком
марли, погруженным в воду. Испарение воды
с поверхности влажного термометра
приводит к понижению его температуры.
Второй же, сухой термометр, показывает
обычную температуру воздуха. Измеренные
психрометром значения температур
можно перевести в значение
относительной влажности воздуха по
специальной таблице.
Психрометрическая таблица