Насыщенный и ненасыщенный пар

Испарение. Конденсация.

Если стакан воды оставить на столе на ночь, то к утру уровень воды в нем понизится. В таком случае говорят, что какое-то количество воды испарилось. Процесс испарения можно объяснить с помощью кинетической теории, согласно которой молекулы совершают хаотическое движение. Как уже отмечалось, молекулы жидкости движутся с различными скоростями, которые описываются распределением Максвелла. Между ними существуют большие силы притяжения, которые и удерживают молекулы вместе в жидком состоянии. Причем молекулы на поверхности жидкости притягиваются сильнее. При данной температуре существует некоторая доля молекул, скорость и кинетическая энергия которых существенно выше средней скорости молекул. Такие молекулы, находящиеся в верхних слоях жидкости могут преодолеть поверхностное притяжение и покинуть жидкость. В этом случае они оказываются в газообразном состоянии, которое называют паром.

Парообразованием называют процесс перехода вещества из жидкого или твердого состояния в газообразное. Совокупность вылетевших при этом молекул называют паром. Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия (когда числа вылетевших с поверхности жидкости и вернувшихся в нее молекул одинаково) со своей жидкостью, называют насыщенным.

Ненасыщенным называется пар, если число вылетающих молекул превышает число возвращающихся. Обычно, когда говорят о влажности воздуха меньшей 100%, подразумевают, что воздух ненасыщен паром.

Конденсация – это процесс, при котором число вылетающих молекул меньше числа возвращающихся.

Пример.6.3. Конденсация происходит, например, теплой летней ночью, когда мы видим росу на траве. Это происходит из-за того, что в теплый день (например, при 25⁰С) в воздухе концентрируется большое количество молекул пара и нагретый воздух удерживает их. С точки зрения молекулярно – кинетической теории молекулы воздуха имеют кинетическую энергию, которой достаточно, чтобы не давать молекулам пара опускаться. При этом они, как броуновские частицы, беспорядочно двигаются среди молекул воздуха во всех направлениях. Когда ночью температура становится существенно ниже (например, 14⁰С), то уменьшается и кинетическая энергия молекул воздуха. Молекулы воздуха в среднем легче молекул воды. Поэтому молекулы воздуха при низкой температуре не удерживают молекулы воды. Они начинают опускаться и, поскольку концентрация их возрастает, притягиваются друг к другу, образуя капли росы.

Давление насыщенного пара зависит от температуры. С ростом температуры большее число молекул имеют высокую кинетическую энергию. Состояние равновесия (точка росы) будет достигаться при более высоком давлении пара. Поэтому давление и плотность насыщенного пара с ростом температуры нелинейно возрастают.

Пример.6.4. Выстиранное белье на ветру высыхает быстрее, чем в безветренную погоду. Это обусловлено тем, что в безветренную погоду вблизи поверхности белья образуется тонкий слой насыщенного пара, который в результате диффузии медленно смешивается с окружающим воздухом. При наличии ветра слой насыщенного пара сдувается с поверхности белья. В этом случае вокруг белья образуется область ненасыщенного пара, и испарение происходит быстрее.

Парообразование, происходящее одновременно с поверхности жидкости и по всему объему и при определенной постоянной температуре, называют кипением. Температура кипения жидкости зависит от давления. С ростом давления над жидкостью температура кипения возрастает. Это происходит при кипении жидкости в герметически закрытом сосуде, например, воды в пароварке. В ней при более высокой температуре кипения продукты провариваются быстрее. На таком принципе работают пароварки, широко используемые в быту. В медицине паром в герметически закрытом боксе стерилизуют медицинские инструменты. При этом температура пара достигается выше 100⁰С.

Наличие примесей в жидкости приводит также к возрастанию температуры кипения. Так, например, добавление 12 % поваренной соли в воду увеличивает температуру кипения воды при нормальном давлении до 102 ⁰С.

Дата добавления: 2014-01-06