Насыщенный пар

Рассмотрим закрытый сосуд, из которого полностью выкачан воздух, и в который налита жидкость. Часть жидкости испарится, и превратится в пар, а оставшееся ее количество будет оставаться неизменным сколь угодно долго. Но процесс испарения прекратиться не может, поэтому должен идти обратный процесс - конденсации, причем скорости процессов испарения и конденсации будут одинаковыми, т.е. система жидкость – пар достигнет состояния динамического равновесия (рис. 3.5.1).

Рис. 3.5.1. Рис. 3.5.2.

Состоянием динамического равновесия между жидкостью и ее паром называется такое состояние, при котором в единицу времени через единицу поверхности число молекул испаряющейся жидкости равно числу молекул, которые конденсируются из пара в жидкость.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью называется насыщенным паром.

Пар, не достигший насыщения, называется ненасыщенным или перегретым паром.

Т.к. в открытом сосуде любая жидкость рано или поздно полностью испарится, то пар в открытом сосуде всегда будет ненасыщенным. Пар в закрытом сосуде можно считать ненасыщенным, если в нем нет следов жидкости. Ненасыщенные пары могут описываться с помощью газовых законов, в том числе и с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона, и тем точнее, чем дальше они от насыщения.

Исследуем поведение насыщенного пара при постоянной температуре. В установке, изображенной на рис. 3.5.2, под поршнем находится жидкость со своим насыщенным паром. Если поднять поршень, то манометр в начальный момент после изменения объёма зарегистрирует уменьшение давления насыщенного пара, т.к. уменьшается концентрация его молекул (). В результате уменьшается скорость конденсации и увеличивается скорость испарения, т.е. нарушается динамическое равновесие. Увеличение скорости испарения приводит к дополнительному испарению жидкости и увеличению концентрации молекул пара, что снова приведет к состоянию динамического равновесия при прежней концентрации. Отсюда следует, что давление насыщенного пара, температура которого не изменяется, не зависит от объёма.

Для описания состояния насыщенного пара нельзя пользоваться газовыми законами, т.к. с изменением объема изменяется и масса пара. Можно приближенно использовать уравнение Менделеева-Клапейрона, в котором стоят масса пара и давление насыщенного пара.

Будем теперь в установке, изображенной на рис. 3.5.2, непрерывно выдвигать поршень до тех пор, пока вся жидкость полностью не испарится; давление насыщенного пара при этом остается постоянным. При дальнейшем выдвижении поршня пар станет ненасыщенным и его давление начнет уменьшаться в соответствие с законом Бойля-Мариотта.

Рис. 3.5.3. Рис. 3.6.1.

Проведем сжатие ненасыщенного пара при постоянной температуре. График зависимости давления от объёма P (V) будет иметь вид, как на рис. 3.5.3. Эта кривая называется изотермой пара или изотермой Эндрюса.

Участок 1-2 изотермы Эндрюса описывает изменение давления ненасыщенного пара и изображается гиперболой ; участок 2-3, при котором , отвечает двухфазному состоянию насыщенный пар – жидкость; участок 3-4 описывает сжатие жидкости, осуществить которое очень сложно, поэтому этот участок изображается практически вертикальной кривой.

Дата добавления: 2014-01-05