Випаровування рідин. Насичені та ненасичені пари. Тиск насиченої пари. Вологість повітря

« Фізика – 10 клас»

Як ви думаєте, що відбуватиметься з насиченою парою, якщо зменшити об'єм, який він займає: наприклад, якщо стискати пару, що знаходиться в рівновазі з рідиною в циліндрі під поршнем, підтримуючи температуру постійного вмісту циліндра?

При стисканні пари рівновага почне порушуватися. Щільність пари в перший момент трохи збільшиться, і з газу в рідину почне переходити більше молекул, ніж з рідини в газ. Адже кількість молекул, що залишають рідину в одиницю часу, залежить тільки від температури, і стиснення пари це число не змінює. Процес триває до того часу, поки знову не встановиться динамічна рівновага і щільність пари, отже, і концентрація його молекул приймуть колишніх своїх значень. Отже,

Концентрація молекул насиченої пари при постійній температурі не залежить від її об'єму.

Так як тиск пропорційно концентрації молекул (р = nkT), то з цього визначення випливає, що тиск насиченої пари не залежить від об'єму, який він займає.

Тиск р н. п пара, при якому рідина знаходиться в рівновазі зі своєю парою, називають тиском насиченої пари.

При стисканні насиченої пари все більша частинайого перетворюється на рідкий стан. Рідина даної маси займає менший обсяг, ніж пара тієї ж маси. В результаті обсяг пари при незмінній його густині зменшується.

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

Ненасичена пара

>Якщо пара поступово стискають при постійній температурі, а перетворення його на рідину не відбувається, то таку пару називають ненасиченим.

При зменшенні об'єму (рис. 11.1) тиск ненасиченої пари збільшується (ділянка 1-2) подібно до того, як змінюється тиск при зменшенні об'єму ідеального газу. При певному обсязіпара стає насиченою, і при подальшому її стисканні відбувається перетворення його на рідину (ділянка 2-3). У цьому випадку над рідиною вже перебуватиме насичена пара.

Як тільки вся пара перетвориться на рідину, подальше зменшення об'єму викличе різке збільшення тиску (рідина малостислива).

Однак пара перетворюється на рідину не за будь-якої температури. Якщо температура вища за деяке значення, то, як би ми не стискали газ, він ніколи не перетвориться на рідину.

>Максимальна температура, за якої пара ще може перетворитися на рідину, називається критичною температурою.

Кожній речовині відповідає своя критична температура у гелію T кр = 4 К, у азоту T кр = 126 К.

Стан речовини при температурі вище критичної називається газом; при температурі нижче критичної, коли пара має можливість перетворитися на рідину, - пором.

Властивості насиченої та ненасиченої пари різні.

Залежність тиску насиченої пари від температури.

Стан насиченої пари, як показує досвід, наближено описується рівнянням стану ідеального газу (10.4), яке тиск визначається формулою

р н. п = nkT. (11.1)

Зі зростанням температури тиск зростає

Так як тиск насиченої пари не залежить від об'єму, отже, воно залежить тільки від температури.

Однак залежність тиску р н. від температури Т, знайдена експериментально, не є прямо пропорційною, як у ідеального газу при постійному обсязі. Зі збільшенням температури тиск реальної насиченої пари зростає швидше, ніж тиск ідеального газу (рис. 11.2, ділянка кривої АВ). Це стає очевидним, якщо провести ізохори ідеального газу через точки А та В (штрихові прямі). Чому це відбувається?

При нагріванні рідини в закритій посудині частина рідини перетворюється на пару. В результаті згідно з формулою (11.1) тиск насиченої пари зростає не тільки внаслідок підвищення температури рідини, а й внаслідок збільшення концентрації молекул (щільності) пари.

В основному збільшення тиску при підвищенні температури визначається збільшенням концентрації. Головна відмінність у поведінці ідеального газу та насиченої пари полягає в тому, що при зміні температури пари в закритій посудині (або при зміні об'єму 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, пара частково конденсується. Із ідеальним газом нічого подібного не відбувається.

Коли вся рідина випарується, пара при подальшому нагріванні перестане бути насиченою і її тиск при постійному обсязі зростатиме прямо пропорційно до абсолютної температури (див. рис. 11.2, ділянка кривої ВС).

Кипіння.

У міру збільшення температури рідини інтенсивність випаровування збільшується. Зрештою, рідина починає кипіти. При кипінні по всьому об'єму рідини утворюються бульбашки пари, що швидко ростуть, 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 тепло, що підводиться до рідини з точки зору молекулярно-кінетичної теорії?

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

У рідині завжди присутні розчинені гази, що виділяються на дні та стінках судини, а також на зважених у рідині порошинках, які є центрами пароутворення. Пари рідини, що знаходяться всередині бульбашок, є насиченими. Зі збільшенням температури тиск насиченої паризростає і бульбашки збільшуються у розмірах. Під дією сили, що виштовхує, вони спливають вгору. Якщо верхні шари рідини мають більше низьку температуру, то цих шарах відбувається конденсація пари в бульбашках. Тиск стрімко падає, і бульбашки закриваються. Захлопування відбувається настільки швидко, що стінки бульбашки, стикаючись, виробляють щось на зразок вибуху. Безліч таких мікровибухів створює характерний шум. Коли рідина досить прогріється, бульбашки перестануть захлопуватись і спливуть на поверхню. Рідина закипить.

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

Звернемо увагу на те, що випаровування рідини відбувається і при температурах, менших за температуру кипіння, але тільки з поверхні рідини, при кипінні ж утворення пари 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 більший зовнішній тиск, тим вища температура кипіння.

Так, у паровому котлі при тиску, що досягає 1,6 10 6 Па вода не кипить і при температурі 200 °С. У медичних установу герметично закритих судинах – автоклавах (рис. 11.3) кипіння води також відбувається при підвищеному тиску. Тому температура кипіння рідини значно вища за 100 °С. Автоклави застосовують, наприклад, для стерилізації хірургічних інструментів, прискорення приготування (скороварка), консервації їжі, проведення хімічних реакцій.

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

Відкачуючи насосом повітря та пари води з колби, можна змусити воду кипіти за кімнатної температури. При підйомі гори атмосферний тиск зменшується, тому зменшується температура кипіння. На висоті 7134 м (пік Леніна на Памірі) тиск приблизно дорівнює 4 10 4 Па (300 мм рт. ст.). Вода кипить там приблизно за 70 °С. Зварити м'ясо у умовах неможливо.

Кожна рідина має свою температуру кипіння, яка залежить від властивостей рідини. При одній і тій же температурі тиск насиченої пари різних рідин по-різному.

Наприклад, при температурі 100 °С тиск насиченої пари води дорівнює 101 325 Па (760 мм рт. ст.), а парів 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, вода при 100 ° С закипає, а ртуть немає. Кипить ртуть за нормальної температури 357 °З нормальному тиску.

>>Фізика: Залежність тиску насиченої пари від температури. Кипіння

Рідина не тільки випаровується. За деякої температури вона кипить.
Залежність тиску насиченої пари від температури. Стан насиченої пари, як показує досвід (ми говорили про це в попередньому параграфі), приблизно описується рівнянням стану ідеального газу (10.4), а його тиск визначається формулою

Зі зростанням температури тиск зростає. Бо тиск насиченої пари не залежить від об'єму, то отже, воно залежить тільки від температури.
Однак залежність р н.від Т, Знайдена експериментально, не є прямо пропорційною, як у ідеального газу при постійному обсязі. Зі збільшенням температури тиск реальної насиченої пари зростає швидше, ніж тиск ідеального газу ( рис.11.1, ділянка кривої АВ). Це стає очевидним, якщо провести ізохори ідеального газу через точки Аі У(Штрихові прямі). Чому це відбувається?

При нагріванні рідини в закритій посудині частина рідини перетворюється на пару. В результаті згідно з формулою (11.1) тиск насиченої пари зростає не тільки внаслідок підвищення температури рідини, але і внаслідок збільшення концентрації молекул (щільності) пари. В основному збільшення тиску при підвищенні температури визначається збільшенням концентрації. Головна відмінність у поведінці ідеального газу та насиченої пари полягає в тому, що при зміні температури пари в закритій посудині (або при зміні об'єму при постійній температурі) змінюється маса пари. Рідина частково перетворюється на пару, або, навпаки, пара частково конденсується. Із ідеальним газом нічого подібного не відбувається.
Коли вся рідина випарується, пара при подальшому нагріванні перестане бути насиченою і її тиск при постійному обсязі зростатиме прямо пропорційно до абсолютної температури (див. рис.11.1, ділянка кривої НД).
. У міру збільшення температури рідини інтенсивність випаровування збільшується. Зрештою, рідина починає кипіти. При кипінні по всьому об'єму рідини утворюються бульбашки пари, що швидко ростуть, які спливають на поверхню. Температура кипіння рідини залишається незмінною. Це відбувається тому, що вся енергія, що підводиться до рідини, витрачається на перетворення її в пару. За яких умов починається кипіння?
У рідині завжди присутні розчинені гази, що виділяються на дні та стінках судини, а також на зважених у рідині порошинках, 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 цих шарах відбувається конденсація пари в бульбашках. Тиск стрімко падає, і бульбашки закриваються. Захлопування відбувається настільки швидко, що стінки бульбашки, стикаючись, виробляють щось на зразок вибуху. Безліч таких мікровибухів створює характерний шум. Коли рідина досить прогріється, бульбашки перестануть захлопуватись і спливуть на поверхню. Рідина закипить. Слідкуйте за чайником на плиті. Ви побачите, що перед закипанням він майже перестає шуміти.
Залежність тиску насиченої пари від температури пояснює, чому температура кипіння рідини залежить від тиску її поверхню. Пухирець пари може зростати, коли тиск насиченої пари всередині нього трохи перевищує тиск у рідині, який складається з тиску повітря на поверхню рідини (зовнішній тиск) і гідростатичного тиску стовпа рідини.
Звернемо увагу на те, що випаровування рідини відбувається при температурах, менших за температуру кипіння, і тільки з поверхні рідини, при кипінні утворення пари відбувається по всьому об'єму рідини.
Кипіння починається при температурі, при якій тиск насиченої пари в бульбашках порівнюється з тиском у рідині.
Чим більший зовнішній тиск, тим вища температура кипіння. Так, у паровому котлі при тиску, що досягає 1,6 10 6 Па вода не кипить і при температурі 200°С. У медичних установах у герметично закритих судинах - автоклавах ( рис.11.2) кипіння води також відбувається за підвищеного тиску. Тому температура кипіння рідини значно вища за 100°С. Автоклави застосовують для стерилізації хірургічних інструментів та ін.

І навпаки, зменшуючи зовнішній тиск, ми тим самим знижуємо температуру кипіння. Відкачуючи насосом повітря та пари води з колби, можна змусити воду кипіти при кімнатній температурі ( рис.11.3). При підйомі гори атмосферний тиск зменшується, тому зменшується температура кипіння. На висоті 7134 м (пік Леніна на Памірі) тиск приблизно дорівнює 4 10 4 Па (300 мм рт. ст.). Вода кипить там приблизно за 70°С. Зварити м'ясо у умовах неможливо.

Кожна рідина має свою температуру кипіння, яка залежить від тиску її насиченої пари. Чим вищий тиск насиченої пари, тим нижча температура кипіння рідини, тому що при менших температурах тиск насиченої пари стає рівним атмосферному . Наприклад, при температурі кипіння 100°С тиск насичених парів води дорівнює 101 325 Па (760 мм рт. ст.), а парів ртуті - лише 117 Па (0,88 мм рт. ст.). Кипить ртуть при температурі 357°З нормальному тиску.
Рідина закипає, коли тиск її насиченої пари стає рівним тиску всередині рідини.

???
1. Чому температура кипіння зростає із збільшенням тиску?
2. Чому для кипіння істотно підвищення тиску насиченої пари в бульбашках, а не підвищення тиску наявного в них повітря?
3. Як змусити закипіти рідину, охолоджуючи посудину? (Питання це непросте.)

Г.Я.Мякішев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотський, Фізика 10 клас

Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Додатки рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні уроки календарний планна рік методичні рекомендаціїпрограми обговорення Інтегровані уроки

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до цього уроку,

Нафта і нафтопродукти характеризуються певним тиском насиченої пари, або пружністю нафтової пари. Тиск насиченої пари є нормованим показником для авіаційних та автомобільних бензинів, що побічно характеризує випаровування палива, його пускові якості, схильність до утворення парових пробок у системі живлення двигуна.

Для рідин неоднорідного складу, таких, як бензини, тиск насиченої пари при даній температурі є складною функцієюскладу бензину та залежить від обсягу простору, в якому знаходиться парова фаза. Тому для отримання порівняних результатів практичні визначення необхідно проводити при стандартній температурі та постійному співвідношенні парової та рідкої фаз. З урахуванням викладеного вище тиском насиченої парипалив називають тиск парової фази палива, що знаходиться в динамічній рівновазі з рідкою фазою, виміряне при стандартній температурі та певному співвідношенні обсягів парової та рідкої фаз. Температура, при якій тиск насиченої пари стає рівним тиску в системі, називається температурою кипіння речовини. Тиск насиченої пари різко збільшується з підвищенням температури. При одній температурі великим тиском насичених парів характеризуються легші нафтопродукти.

В даний час існує кілька способів визначення ДНП речовин, які можна розділити на наступні групи:

1. Статичний метод.
2. Динамічний метод.
3. Метод насичення газу, що рухається.
4. Метод вивчення ізотерм.
5. Метод ефузії Кнудсена.
6. Хроматографічний метод.

Статичний метод

Статичний методє найпоширенішим, т.к. прийнятний при вимірі ДНП речовин у широкому інтервалі температур та тисків. Сутність методу полягає у вимірі тиску пари, що знаходиться в рівновазі зі своєю рідиною за певної температури. Тиск можна виміряти або манометрами (пружинними, ртутними, вантажопоршневими, водяними), або за допомогою спеціальних датчиків (тензометричних, електричних і т.д.), що дозволяють провести перерахунок на тиск, або розрахунковим шляхом, коли відома кількість речовини в певному обсязі. Найбільшого поширення набув метод з використанням різних манометрів, так званий прямий статичний метод. В цьому випадку досліджувана речовина заливається в п'єзометр (або будь-яку ємність), поміщається в термостат, що дозволяє підтримувати певну температуру, і за допомогою манометра вимірює ДНП. Причому приєднання манометра може здійснюватися як по рідкій фазі, так і газової. При приєднанні манометра рідкою фазою враховується поправка на гідростатичний стовп рідини. Під'єднання вимірювального приладу зазвичай здійснюється через роздільник, як який використовують ртутні затвори, мембрани, сильфони і т.д.

На основі прямого статичного методу створено низку експериментальних установок для дослідження ДНП нафтопродуктів.

У нафтопереробці внаслідок своєї простоти широке застосування набув стандартний метод з використанням бомби Рейду(ГОСТ 1756-2000). Бомба складається з двох камер: 1 паливної і повітряної 2 із співвідношенням обсягів відповідно 1:4, з'єднаних за допомогою різьблення. Тиск, що створюється парами випробуваного палива, фіксується манометром 3, прикріпленим до верхньої частини повітряної камери. Випробування проводять при температурі 38,8°З тиску 0,1 МПа, що забезпечується спеціальною термостатированной лазнею.

Тиск насиченої пари випробуваної рідини визначають за формулою:

Визначення тиску пари в бомбі Рейду дає наближені результати, що слугують лише порівняльної оцінки якості моторних палив.

До переваг приладу відноситься простота конструкції та експериментування, до недоліків - постійне співвідношення рідкої та парової фаз та грубість методу (похибка визначення ДНП бензинів досягає 15-20%).

Більш точним варіантом виміру ДНП статичним методом є спосіб Сорреля-НАТІ. За цим методом можна визначати абсолютні значення тиску насиченої пари і при негативних температурах. Перевагою способу є можливість вимірювання ДНП при різних співвідношеннях рідкої та парової фаз, а також у присутності чи відсутності розчинених у речовині повітря та газів. До недоліків слід віднести складність, застосовність лише у спеціальних лабораторіях та відносно велику похибку виміру ДНП (до 5%).

Розбіжності між дайними, отриманими за допомогою бомби Рейду та методом НАТІ, становлять 10-20 %.

Динамічний метод

Динамічний методзаснований на вимірюванні температури кипіння рідини за певного тиску. Існуючі експериментальні установки на основі динамічного методу використовують у своїх конструкціях ебуліометри. Це прилади, засновані на принципі зрошення термометра парорідинною сумішшю. Динамічний метод розроблявся на дослідження ДНП чистих речовин, котрим температура кипіння - величина фіксована, і використовувався вимірювання тиску насичених нафтопродуктів, температура кипіння яких змінюється у міру википання компонентів. Відомо, що проміжне положення між чистими речовинами та сумішами займають вузькокиплячі нафтові фракції. Діапазон вимірювання тиску динамічним методом зазвичай невеликий - до 0,15-0,2 МПа. Тому в останнім часомробляться спроби застосувати динамічний метод дослідження ДНП вузьких нафтових фракцій.

Метод насичення газу, що рухається

Метод насичення газу, що рухаєтьсязастосовується у разі, коли ДНП речовини вбирається у кількох мм.рт.ст. Недоліком методу є відносно велика похибка експериментальних даних та необхідність знання молекулярної ваги досліджуваної речовини. Суть методу полягає в наступному: через рідину пропускається інертний газ і насичується парами останньої, після чого надходить у холодильник, де поглинені пари конденсуються. Знаючи кількість газу та поглиненої рідини, а також їх молекулярні ваги, можна підрахувати пружність насичених парів рідини.

Метод вивчення ізотерм

Метод вивчення ізотермдає найточніші, порівняно з іншими способами, результати, особливо при високих температурах. Цей спосіб полягає у дослідженні залежності між тиском та об'ємом насиченої пари при постійній температурі. У точці насичення ізотерму повинен мати злам, перетворюючись на пряму. Вважається, що цей метод придатний для вимірювання ДНП чистих речовин та непридатний для багатокомпонентних, у яких температура кипіння – невизначена величина. Тому він не набув поширення при вимірі ДНП нафтопродуктів.

Метод ефузії Кнудсена

Метод ефузії Кнудсеназастосовується переважно для вимірювання дуже низьких тисків (до 100 Па). Цей метод дає можливість знаходити швидкість ефузії пари за кількістю конденсату за умови повної конденсації речовини, що ефектує. Установки, засновані на цьому методі, мають такі недоліки: вони є установками одноразового вимірювання і вимагають розгерметизації після кожного вимірювання, що за наявності легкоокислюваних і нестійких речовин нерідко призводить до хімічного перетворення досліджуваної речовини та спотворення результатів вимірювань. Створено експериментальну установку, позбавлену зазначених недоліків, але складність конструкції дозволяє застосувати її лише у спеціально оснащених лабораторіях. Цей метод застосовується переважно для вимірювання ДНП твердих речовин.

Метод ефузії Кнудсена

Хроматографічний метод визначенняДНП речовин почала розроблятися порівняно недавно. У цьому методі визначення ДНП нафтопродуктів ґрунтується на повному хроматографічному аналізі рідини та підрахунку суми парціальних тисків усіх компонентів суміші. Метод визначення ДНП індивідуальних вуглеводнів та фракцій нафтопродуктів, заснований на розвинених авторами уявленнях про фізико-хімічний індекс утримування та поняття специфічності фаз. Для цієї мети треба мати або капілярну хроматографічну колонку з великою здатністю розділяти, або літературні дані про індекси утримування досліджуваних сполук.

Однак, при аналізі таких складних сумішей вуглеводнів, як нафтопродукти, виникають труднощі не тільки при поділі вуглеводнів, що належать до різним класам, а й за ідентифікації окремих компонентів цих сумішей.

Перерахунок тиску насиченої пари

У технологічних розрахунках часто доводиться проводити перерахунок температур з одного тиску на інший або тиск при зміні температури. І тому є безліч формул. Найбільше застосування набула формула Ашворта:

Уточнена В. П. Антонченковим формула Ашворта має вигляд:

Для перерахунку температури та тиску зручно також користуватися графічними методами.

Найбільш поширеним графіком є ​​графік Коксу, який побудований в такий спосіб. Вісь абсцис є логарифмічною шкалою, на якій відкладені величини логарифму тиску ( lgP), однак для зручності користування на шкалу нанесені відповідні їм значення Р. На осі ординат відкладено значення температури. Під кутом 30° до осі абсцис проведено пряму, позначену індексом « Н 2 0», яка характеризує залежність тиску насиченої пари води від температури. При побудові графіка з низки точок на осі абсцис відновлюють перпендикуляри до перетину з прямої Н 2 0та отримані точки переносять на вісь ординат. На осі ординат виходить шкала, побудована за температурами кипіння води, що відповідає різним тискам її насиченої пари. Потім для кількох добре вивчених вуглеводнів беруть ряд точок із заздалегідь відомими температурами кипіння і відповідними значеннями тиску насичених парів.

Виявилося, що для алканів нормальної будови графіки, побудовані за цими координатами, є прямими лініями, які всі сходяться в одній точці (полюсі). Надалі достатньо взяти будь-яку точку з координатами температура - тиск насиченої пари вуглеводню і з'єднати з полюсом, щоб отримати залежність тиску насиченої пари від температури для цього вуглеводню.

Незважаючи на те, що графік побудований для індивідуальних алканів нормальної будови, їм широко користуються в технологічних розрахунках стосовно вузьких нафтових фракцій, відкладаючи на осі ординат середню температурукипіння цієї фракції.

Для перерахунку температур кипіння нафтопродуктів з глибокого вакууму на атмосферний тиск використовується номограма UOP , за якою, з'єднавши дві відомі величини на відповідних шкалах графіка прямою лінією, одержують на перетині з третьою шкалою потрібну величину Рабо t. Номограмою UOP переважно користуються в лабораторній практиці.

Тиск насиченої пари сумішей і розчинів на відміну від індивідуальних вуглеводнів залежить не тільки від температури, але і від складу рідкої та парової фаз. Для розчинів і сумішей, що підпорядковуються законам Рауля і Дальтона, загальний тиск насиченої пари суміші може бути обчислений за формулами:

В області високих тисків, як відомо, реальні гази не підкоряються законам Рауля та Дальтона. У таких випадках знайдений розрахунковими або графічними методами тиск насиченої пари уточнюється за допомогою критичних параметрів, фактора стисливості та фугітивності.

Щільність

Щоб користуватися попереднім переглядом презентацій, створіть собі обліковий запис ( обліковий запис) Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com

Підписи до слайдів:

Насичена пара. Залежність тиску насиченої пари від температури. Вологість. Гусєва Н.П. МОУ ЗОШ №41 м.Саратів

ІСПАРЕННЯ Процес переходу речовини з рідкого стануу газоподібне – випаровування; зворотний процес називають конденсацією; випаровування відбувається за будь-якої температури, відмінної від абсолютного нуля; швидкість випаровування рідини залежить від температури, площі поверхні, що випаровується, роду рідини, вітру.

КИПІННЯ - процес пароутворення, що відбувається по всьому об'єму рідини Температурою кипіння називається температура рідини, при якій тиск її насиченої пари дорівнює або більше зовнішнього тиску. Для підтримання кипіння до рідини треба підводити теплоту, яка витрачається на пароутворення, т.к. внутрішня енергія пари більша від внутрішньої енергії рідини такої ж маси. У процесі кипіння температура рідини залишається незмінною.

Пар – це газ, утворений молекулами рідини, що випарувалися Для нього справедливе рівняння p = nkT Головна відмінність у поведінці ідеального газу та насиченої пари: при зміні температури пари в закритій посудині (або при зміні об'єму при постійній температурі) змінюється маса пари. Рідина частково перетворюється на пару, або, навпаки, пара частково конденсується. Із ідеальним газом нічого подібного не відбувається.

Основна властивість насиченої пари - тиск пари за постійної температури не залежить від об'єму. Коли вся рідина випарується, пара при подальшому нагріванні перестане бути насиченою і її тиск при постійному обсязі зростатиме прямо пропорційно до абсолютної температури (див. рис.11.1, ділянка кривої ВС). p = nkT

За яких умов починається кипіння? У рідині завжди присутні розчинені гази, що виділяються на дні та стінках судини, а також на зважених у рідині порошинках, 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. Кипіння починається тоді, коли тиск насиченої пари всередині бульбашок стає рівним і більшим за зовнішній тиск і гідростатичний тиск стовпа рідини.

Чим більший зовнішній тиск, тим вища температура кипіння. Так, у паровому котлі при тиску, що досягає 1,6 10 6 Па вода не кипить і при температурі 200°С. У медичних установах у герметично закритих судинах - автоклавах (рис.11.2) кипіння води відбувається при підвищеному тиску. Тому температура кипіння рідини значно вища за 100°С. Автоклави застосовують для стерилізації хірургічних інструментів та ін.

Зменшуючи зовнішній тиск, ми тим самим знижуємо температуру кипіння. Відкачуючи насосом повітря та пари води з колби, можна змусити воду кипіти за кімнатної температури (рис.11.3). При підйомі гори атмосферний тиск зменшується, тому зменшується температура кипіння. На висоті 7134 м (пік Леніна на Памірі) тиск приблизно дорівнює (300 мм рт. ст.). Вода кипить там приблизно за 70°С. Зварити м'ясо у умовах неможливо.

Який процес називають випаровуванням? Від яких чинників залежить швидкість випаровування рідини? Який процес називається конденсацією? Як пояснити процеси випаровування з погляду МКТ? Чому випаровування супроводжується зниженням температури рідини?

5.Чому температура рідини при кипінні не змінюється, хоча рідина продовжує отримувати енергію від нагрівача? 6. Яка сила піднімає бульбашки на поверхню рідини? 7. Чи можна змусити кипіти воду за температури нижче 100оС?

Вологість повітря В атмосфері Землі знаходиться 13 - 15 тис, км 3 води у вигляді крапель, кристалів і водяної пари. Вміст водяної пари у повітрі називають вологістю. Вологість характеризується: парціальним тиском (p) - тиск, який виробляв би водяна пара, якби всі інші гази були відсутні; відносною вологістю (φ) - відношення парціального тиску водяної пари, що міститься в повітрі при даній температурі, до тиску насиченої пари при тій же температурі

У прогнозі погоди вказується величина відносної вологості повітря у відсотках! Відносна вологість повітря показує як близько вміст водяної пари в повітрі до насичення. При відносній вологості 100% - у повітрі насичена водяна пара. Для здоров'я людини шкідливі як надмірна сухість повітря, і велика вологість. Найбільш комфортна вологість повітря для людини лежить у межах 40-60%.

Рідина не тільки випаровується. За деякої температури вона кипить.
Залежність тиску насиченої пари від температури. Стан насиченої пари, як показує досвід (ми говорили про це в попередньому параграфі), приблизно описується рівнянням стану ідеального газу (10.4), а його тиск визначається формулою

Зі зростанням температури тиск зростає. Бо тиск насиченої пари не залежить від об'єму, то отже, воно залежить тільки від температури.
Однак залежність р н.від Т, Знайдена експериментально, не є прямо пропорційною, як у ідеального газу при постійному обсязі. Зі збільшенням температури тиск реальної насиченої пари зростає швидше, ніж тиск ідеального газу ( рис.11.1, ділянка кривої АВ). Це стає очевидним, якщо провести ізохори ідеального газу через точки Аі У(Штрихові прямі). Чому це відбувається?

При нагріванні рідини в закритій посудині частина рідини перетворюється на пару. В результаті згідно з формулою (11.1) тиск насиченої пари зростає не тільки внаслідок підвищення температури рідини, але і внаслідок збільшення концентрації молекул (щільності) пари. В основному збільшення тиску при підвищенні температури визначається збільшенням концентрації. Головна відмінність у поведінці ідеального газу та насиченої пари полягає в тому, що при зміні температури пари в закритій посудині (або при зміні об'єму при постійній температурі) змінюється маса пари. Рідина частково перетворюється на пару, або, навпаки, пара частково конденсується. Із ідеальним газом нічого подібного не відбувається.
Коли вся рідина випарується, пара при подальшому нагріванні перестане бути насиченою і її тиск при постійному обсязі зростатиме прямо пропорційно до абсолютної температури (див. рис.11.1, ділянка кривої НД).
Кипіння.У міру збільшення температури рідини інтенсивність випаровування збільшується. Зрештою, рідина починає кипіти. При кипінні по всьому об'єму рідини утворюються бульбашки пари, що швидко ростуть, які спливають на поверхню. Температура кипіння рідини залишається незмінною. Це відбувається тому, що вся енергія, що підводиться до рідини, витрачається на перетворення її в пару. За яких умов починається кипіння?
У рідині завжди присутні розчинені гази, що виділяються на дні та стінках судини, а також на зважених у рідині порошинках, 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 цих шарах відбувається конденсація пари в бульбашках. Тиск стрімко падає, і бульбашки закриваються. Захлопування відбувається настільки швидко, що стінки бульбашки, стикаючись, виробляють щось на зразок вибуху. Безліч таких мікровибухів створює характерний шум. Коли рідина досить прогріється, бульбашки перестануть захлопуватись і спливуть на поверхню. Рідина закипить. Слідкуйте за чайником на плиті. Ви побачите, що перед закипанням він майже перестає шуміти.
Залежність тиску насиченої пари від температури пояснює, чому температура кипіння рідини залежить від тиску її поверхню. Пухирець пари може зростати, коли тиск насиченої пари всередині нього трохи перевищує тиск у рідині, який складається з тиску повітря на поверхню рідини (зовнішній тиск) і гідростатичного тиску стовпа рідини.
Звернемо увагу на те, що випаровування рідини відбувається при температурах, менших за температуру кипіння, і тільки з поверхні рідини, при кипінні утворення пари відбувається по всьому об'єму рідини.
Кипіння починається при температурі, при якій тиск насиченої пари в бульбашках порівнюється з тиском у рідині.
Чим більший зовнішній тиск, тим вища температура кипіння. Так, у паровому котлі при тиску, що досягає 1,6 10 6 Па вода не кипить і при температурі 200°С. У медичних установах у герметично закритих судинах - автоклавах ( рис.11.2) кипіння води також відбувається за підвищеного тиску. Тому температура кипіння рідини значно вища за 100°С. Автоклави застосовують для стерилізації хірургічних інструментів та ін.

І навпаки, зменшуючи зовнішній тиск, ми тим самим знижуємо температуру кипіння. Відкачуючи насосом повітря та пари води з колби, можна змусити воду кипіти при кімнатній температурі ( рис.11.3). При підйомі гори атмосферний тиск зменшується, тому зменшується температура кипіння. На висоті 7134 м (пік Леніна на Памірі) тиск приблизно дорівнює 4 10 4 Па (300 мм рт. ст.). Вода кипить там приблизно за 70°С. Зварити м'ясо у умовах неможливо.

Кожна рідина має свою температуру кипіння, яка залежить від тиску її насиченої пари. Чим вищий тиск насиченої пари, тим нижча температура кипіння рідини, тому що при менших температурах тиск насиченої пари стає рівним атмосферному. Наприклад, при температурі кипіння 100°С тиск насичених парів води дорівнює 101 325 Па (760 мм рт. ст.), а парів ртуті - лише 117 Па (0,88 мм рт. ст.). Кипить ртуть при температурі 357°З нормальному тиску.
Рідина закипає, коли тиск її насиченої пари стає рівним тиску всередині рідини.