Изпаряване на течности. Наситени и ненаситени двойки. Налягане на наситените пари. Влажност на въздуха.

Изпарение- изпаряване, което възниква при всяка температура от свободната повърхност на течността. Неравномерното разпределение на кинетичната енергия на молекулите по време на топлинно движение води до факта, че при всяка температура кинетичната енергия на някои молекули на течност или твърдо вещество може да надвиши потенциалната енергия на връзката им с други молекули. Молекулите с по-голяма скорост имат по-голяма кинетична енергия, а температурата на тялото зависи от скоростта на движение на неговите молекули, следователно изпарението е придружено от охлаждане на течността. Скоростта на изпарение зависи от: площта на откритата повърхност, температурата и концентрацията на молекули в близост до течността.

Кондензация- процесът на преминаване на веществото от газообразно състояние в течно състояние.

Изпаряването на течност в затворен съд при постоянна температура води до постепенно увеличаване на концентрацията на молекулите на изпаряващото се вещество в газообразно състояние. Известно време след началото на изпаряването концентрацията на веществото в газообразно състояние ще достигне стойност, при която броят на молекулите, които се връщат в течността, става равен на броя на молекулите, напускащи течността през същото време. Между процесите на изпарение и кондензация на веществото се установява динамично равновесие. Вещество в газообразно състояние, което е в динамично равновесие с течност, се нарича наситена пара. (Парата е сбор от молекули, които напускат течността по време на процеса на изпаряване.) Парата при налягане под наситеното се нарича ненаситена.

Поради постоянното изпаряване на водата от повърхностите на резервоарите, почвата и растителността, както и дишането на хората и животните, атмосферата винаги съдържа водни пари. Следователно атмосферното налягане е сумата от налягането на сухия въздух и съдържащите се в него водни пари. Налягането на водните пари ще бъде максимално, когато въздухът е наситен с пара. Наситената пара, за разлика от ненаситената пара, не се подчинява на законите на идеалния газ. По този начин налягането на наситените пари не зависи от обема, а зависи от температурата. Тази зависимост не може да бъде изразена с проста формула, поради което въз основа на експериментално изследване на зависимостта на налягането на наситените пари от температурата са съставени таблици, от които може да се определи неговото налягане при различни температури.

Налягането на водните пари във въздуха при дадена температура се нарича абсолютна влажност или налягане на водните пари. Тъй като налягането на парите е пропорционално на концентрацията на молекулите, абсолютната влажност може да се определи като плътността на водните пари, налични във въздуха при дадена температура, изразена в килограми на кубичен метър (p).

Повечето от явленията, наблюдавани в природата, например скоростта на изпарение, изсушаване на различни вещества и увяхване на растенията, зависят не от количеството водна пара във въздуха, а от това колко близо е това количество до насищане, т.е. , върху относителната влажност, която характеризира степента на насищане на въздуха с водни пари. При ниски температури и висока влажност се увеличава топлоотдаването и човек изпада в хипотермия. При високи температури и влажност, топлообменът, напротив, рязко намалява, което води до прегряване на тялото. Най-благоприятна за хората в средните климатични ширини е относителна влажност 40-60%. Относителната влажност е отношението на плътността на водните пари (или налягането) във въздуха при дадена температура към плътността (или налягането) на водните пари при същата температура, изразено като процент, т.е.

Относителната влажност варира в широки граници. Освен това дневната вариация на относителната влажност е противоположна на дневната вариация на температурата. През деня, с повишаване на температурата и следователно с увеличаване на налягането на насищане, относителната влажност намалява, а през нощта се увеличава. Едно и също количество водна пара може да насити или да не насити въздуха. Чрез понижаване на температурата на въздуха парата в него може да се доведе до насищане. Точката на оросяване е температурата, при която парите във въздуха стават наситени. Когато се достигне точката на оросяване във въздуха или върху предметите, с които влиза в контакт, водната пара започва да кондензира. За определяне на влажността на въздуха се използват инструменти, наречени хигрометри и психрометри.

Течността не само се изпарява. При определена температура кипи.
Зависимост на налягането на наситените пари от температурата. Състоянието на наситената пара, както показва опитът (говорихме за това в предишния параграф), се описва приблизително от уравнението на състоянието на идеален газ (10.4), а неговото налягане се определя от формулата

С повишаване на температурата налягането се увеличава. защото Налягането на наситените пари не зависи от обема, следователно зависи само от температурата.
Въпреки това, зависимостта r н.п.от T, установено експериментално, не е правопропорционално, като това на идеален газ при постоянен обем. С повишаване на температурата налягането на реалната наситена пара нараства по-бързо от налягането на идеален газ ( Фиг.11.1, част от кривата AB). Това става очевидно, ако начертаем изохори на идеален газ през точките АИ IN(пунктирани линии). Защо се случва това?

Когато течността се нагрява в затворен съд, част от течността се превръща в пара. В резултат на това съгласно формула (11.1) налягането на наситените пари се увеличава не само поради повишаване на температурата на течността, но и поради увеличаване на концентрацията на молекулите (плътността) на парите. По принцип нарастването на налягането с повишаване на температурата се определя именно от увеличаването на концентрацията. Основната разлика в поведението на идеален газ и наситена пара е, че когато температурата на парата в затворен съд се промени (или когато обемът се промени при постоянна температура), масата на парата се променя. Течността частично се превръща в пара или, напротив, парата частично кондензира. Нищо подобно не се случва с идеална газ.
Когато цялата течност се изпари, парата ще престане да бъде наситена при по-нататъшно нагряване и нейното налягане при постоянен обем ще се увеличи правопропорционално на абсолютната температура (виж. Фиг.11.1, част от кривата слънце).
кипене.С повишаване на температурата на течността скоростта на изпарение се увеличава. Накрая течността започва да кипи. При кипене по целия обем на течността се образуват бързо нарастващи мехурчета пара, които изплуват на повърхността. Точката на кипене на течността остава постоянна. Това се случва, защото цялата енергия, предоставена на течността, се изразходва за превръщането й в пара. При какви условия започва кипенето?
Течността винаги съдържа разтворени газове, отделящи се по дъното и стените на съда, както и върху прахови частици, суспендирани в течността, които са центрове на изпарение. Течните пари вътре в мехурчетата са наситени. С повишаването на температурата налягането на наситените пари се увеличава и мехурчетата се увеличават по размер. Под въздействието на плаваща сила те се носят нагоре. Ако горните слоеве на течността имат по-ниска температура, тогава в тези слоеве се получава кондензация на пари в мехурчета. Налягането пада бързо и мехурчетата се свиват. Колапсът настъпва толкова бързо, че стените на балона се сблъскват и предизвикват нещо като експлозия. Много такива микроексплозии създават характерен шум. Когато течността се затопли достатъчно, мехурчетата ще спрат да се срутват и ще изплуват на повърхността. Течността ще заври. Наблюдавайте внимателно чайника на котлона. Ще откриете, че почти спира да шуми, преди да заври.
Зависимостта на налягането на наситените пари от температурата обяснява защо точката на кипене на течността зависи от налягането върху нейната повърхност. Парен мехур може да нарасне, когато налягането на наситената пара вътре в него леко надвишава налягането в течността, което е сумата от въздушното налягане върху повърхността на течността (външно налягане) и хидростатичното налягане на течния стълб.
Нека обърнем внимание на факта, че изпарението на течността става при температури по-ниски от точката на кипене и само от повърхността на течността; по време на кипене се образува пара в целия обем на течността.
Кипенето започва при температурата, при която налягането на наситените пари в мехурчетата е равно на налягането в течността.
Колкото по-голямо е външното налягане, толкова по-висока е точката на кипене. Така в парен котел при налягане, достигащо 1,6·10 6 Pa, водата не кипи дори при температура 200 ° C. В лечебни заведения в херметически затворени съдове - автоклави ( Фиг.11.2) кипенето на водата става и при повишено налягане. Следователно точката на кипене на течността е много по-висока от 100°C. Автоклавите се използват за стерилизиране на хирургически инструменти и др.

И обратно, като намаляваме външното налягане, по този начин намаляваме точката на кипене. Като изпомпвате въздух и водни пари от колбата, можете да накарате водата да заври при стайна температура ( Фиг.11.3). Докато изкачвате планини, атмосферното налягане намалява, следователно точката на кипене намалява. На надморска височина от 7134 m (връх Ленин в Памир) налягането е приблизително 4 10 4 Pa (300 mm Hg). Там водата кипи при около 70°C. При тези условия е невъзможно да се готви месо.

Всяка течност има своя точка на кипене, която зависи от налягането на наситените пари. Колкото по-високо е налягането на наситените пари, толкова по-ниска е точката на кипене на течността, тъй като при по-ниски температури налягането на наситените пари става равно на атмосферното налягане. Например, при точка на кипене 100°C налягането на наситените пари на водата е 101 325 Pa (760 mm Hg), а налягането на живачните пари е само 117 Pa (0,88 mm Hg). Живакът кипи при температура 357°C при нормално налягане.
Течността кипи, когато налягането на наситените й пари стане равно на налягането вътре в течността.

Налягането на наситените пари на течност, състояща се от молекули, които взаимодействат силно една с друга, е по-малко от налягането на наситените пари на течност, състояща се от слабо взаимодействащи молекули. TMG 1600 6 0.4 - трансформатор TMG tmtorg.ru.

Точката на оросяване е температурата, при която парите във въздуха стават наситени. Когато се достигне точката на оросяване във въздуха или върху предметите, с които влиза в контакт, водната пара започва да кондензира.

Наситената пара, за разлика от ненаситената пара, не се подчинява на законите на идеалния газ.

По този начин налягането на наситените пари не зависи от обема, а зависи от температурата (приблизително описано от уравнението на състоянието на идеален газ p = nkT). Тази зависимост не може да бъде изразена с проста формула, поради което въз основа на експериментално изследване на зависимостта на налягането на наситените пари от температурата са съставени таблици, от които може да се определи неговото налягане при различни температури.

С повишаване на температурата налягането на наситените пари нараства по-бързо от това на идеалния газ. Когато течността се нагрява в затворен съд, налягането на парите се увеличава не само поради повишаване на температурата, но и поради увеличаване на концентрацията на молекули (маса на пара) поради изпаряването на течността. Това не се случва с идеална газ. Когато цялата течност се изпари, парата ще престане да се насища при по-нататъшно нагряване и нейното налягане при постоянен обем ще бъде право пропорционално на температурата.

ВЛАЖНОСТ НА ВЪЗДУХА (ученик от 10 клас, стр. 294-295, ученик от 8 клас, стр. 46-47)

Концепцията за влажност на въздуха и нейната зависимост от температурата

Определяне на относителна влажност. Формула. Единици.

Точка на оросяване

Определяне на относителна влажност чрез налягане на наситени пари. Формула

Хигрометри и психрометри

При една и съща температура съдържанието на водна пара във въздуха може да варира в широки граници: от нула (абсолютно сух въздух) до максимално възможното (наситена пара)

Освен това дневната промяна на относителната влажност е противоположна на дневната промяна на температурата. През деня, с повишаване на температурата и следователно с увеличаване на налягането на насищане, относителната влажност намалява, а през нощта се увеличава. Едно и също количество водна пара може да насити или да не насити въздуха. Чрез понижаване на температурата на въздуха парата в него може да се доведе до насищане.

Парциално налягане на водните пари (или налягане на водните пари)

Атмосферният въздух е смес от различни газове и водни пари.

Налягането, което водната пара би създала, ако всички останали газове отсъстваха, се нарича парциално налягане на водната пара.

Парциалното налягане на водните пари се приема като един от показателите за влажност на въздуха.

Изразява се в единици за налягане - Pa или mmHg.

Абсолютна влажност на въздуха

Тъй като налягането на парите е пропорционално на концентрацията на молекулите, абсолютната влажност може да се определи като плътността на водните пари, налични във въздуха при дадена температура, изразена в килограми на кубичен метър.

Абсолютната влажност показва колко грама водна пара се съдържат в 1 m3 въздух при дадени условия.

Обозначение - ρ

Това е плътността на водната пара.

Относителна влажност

Парциалното налягане на водните пари не може да прецени колко близо е до насищане. А именно от това зависи интензивността на изпарението на водата. Затова се въвежда стойност, която показва колко близо е водната пара при дадена температура до насищане – относителна влажност.

Относителната влажност на въздуха φ е отношението на парциалното налягане p на водните пари, съдържащи се във въздуха при дадена температура, към налягането p0 на наситените пари при същата температура, изразено като процент:

Относителна влажност на въздуха - процентното съотношение на концентрацията на водни пари във въздуха и концентрацията на наситени пари при същата температура

Концентрацията на наситена пара е максималната концентрация, която парата може да има върху течност. Следователно относителната влажност може да варира от 0 до nn.p.

Колкото по-ниска е относителната влажност, толкова по-сух е въздухът и толкова по-интензивно е изпарението.

За оптимален топлообмен на човека оптималната относителна влажност е 25% при +20-25°C. При по-високи температури оптималната влажност е 20%

Тъй като концентрацията на парите е свързана с налягането (p = nkT), относителната влажност може да се изрази като процент от налягането на парите във въздуха и налягането на наситените пари при същата температура:

При ниски температури и висока влажност се увеличава топлоотдаването и човек изпада в хипотермия. При високи температури и влажност, топлообменът, напротив, рязко намалява, което води до прегряване на тялото. Най-благоприятна за хората в средните климатични ширини е относителна влажност 40-60%.

Ако влажният въздух се охлажда, тогава при определена температура парата в него може да се насити. При по-нататъшно охлаждане водните пари ще започнат да кондензират под формата на роса. Появява се мъгла и пада роса.

Отиди на страница: