При какой температуре происходит конденсация пара
Анонимный вопрос
25 декабря 2018 · 3,6 K
Что такое Энтальпия?
The cosmos is all that is, or ever was or ever will be.
Энтальпия — это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии, сохраненной в его молекулярной структуре. Это значит, что, хоть вещество и может обладать энергией на основании температуры и давления, не всю ее можно преобразовать в теплоту. Часть внутренней энергии всегда остается в веществе и поддерживает его молекулярную структуру. Часть кинетической энергии вещества недоступна, когда его температура приближается к температуре окружающей среды. Следовательно, энтальпия — это количество энергии, которая доступна для преобразования в теплоту при определенной температуре и давлении.
Если пить только соки или голодать, как сохранить мышцы (пробовал, мышцы уходят, а жир — нет)?
Natural Bodybuilder – instagram.com/vasiliy_drobot
Для того чтобы максимально сохранить мышечную массу на дефиците энергии, нужно:
Увеличить потребление белковых продуктов
Проводить силовые тренировки (но в ограниченном объёме), что бы стимулировать синтез белка в мышцах.
Без тренировок, либо без достаточного количества белка (либо без обоих) при недостатке энергии мышечная масса будет стремительно уходить, что ошибочно воспринимается многими как похудение, что в корне не верно, так как не даёт никаких плюсов как для здоровья так и для внешнего вида. К тому же после такой диеты возможен обратный набор сброшенного веса со сверхкомпенсацией.
Прочитать ещё 7 ответов
Как определить неспаренные и спаренные электроны?
Библиотекарь, дачник, волонтер по работе с беспризорными животными
Если на орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, а если два – то это спаренные электроны. Легче всего определить, какие они, при помощи графической формулы. Эта схема размещения электронов в квантовых ячейках, которые являются графическим изображением атомной орбитали. Дляего составления следует знать:
1. Порядковый номер элемента, т.е. заряд его ядра и соответствующее ему число электронов в атоме.
2. Номер периода, определяющий число энергетических уровней атома.
3. Квантовые числа и связь между ними.
Прочитать ещё 1 ответ
Чем отличается насыщенный и ненасыщенный сухой и влажный пар? Чем такой пар отличается от перегретого пара? Как вообще пар может не содержать жидкости?
Researcher, Institute of Physics, University of Tartu
Насыщенный пар – это пар, находящийся в термодинамическом равновесии с соответствующей жидкостью (или твердым телом) при данной температуре, то есть, его парциальное давление соответствует равновесному при данной температуре. Фактически, это означает, что если в атмосферу такого пара поместить соответствующую ему жидкость той же температуры, то давление пара не будет увеличиваться – жидкость будет испаряться с той же скоростью, что и конденсироваться обратно.
Ненасыщенный пар – это пар, парциальное давление которого ниже равновесного при данной температуре. Соответственно, если в атмосферу такого пара поместить соответствующую ему жидкость той же температуры, то давление пара будет увеличиваться, пока не достигнет равновесного при данной температуре, то есть, пока пар не станет насыщенным (или пока вся имеющаяся жидкость не испарится, если ее количество недостаточно для доведения пара до насыщенного состояния).
Сухой и влажный пар – это не строгие понятия. Под сухим паром обычно понимают перегретый пар, то есть пар, нагретый выше температуры кипения соответствующей жидкости при данном давлении. Его называют “сухим” по той причине, что в таких условиях конденсация невозможна, то есть такой пар гарантировано не будет содержать жидкости.
Наоборот, влажным паром называют пар при температуре ниже температуры кипения соответствующей жидкости при данном давлении или любую систему, содержащую пар и взвешенный конденсат этого пара.
На последний вопрос ответ вытекает из предыдущего – если давление пара ниже насыщенного при данной температуре или если температура пара выше температуры кипения при данном давлении, то пар не будет содержать жидкости, пока условия не изменятся. Это обычное дело, например, в нашей обыденной жизни редко можно встретить пары кислорода, содержащие жидкий кислород 🙂
Источник
Èñïàðåíèå.
Èñïàðåíèå — ýòî ïåðåõîä âåùåñòâà èç æèäêîãî ñîñòîÿíèÿ â ãàçîîáðàçíîå (ïàð), ïðîèñõîäÿùåå ñî ñâîáîäíîé ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè.
Ñóáëèìàöèþ, èëè âîçãîíêó, ò.å. ïåðåõîä âåùåñòâà èç òâåðäîãî ñîñòîÿíèÿ â ãàçîîáðàçíîå, òàêæå íàçûâàþò èñïàðåíèåì.
Èç ïîâñåäíåâíûõ íàáëþäåíèé èçâåñòíî, ÷òî êîëè÷åñòâî ëþáîé æèäêîñòè (áåíçèíà, ýôèðà, âîäû), íàõîäÿùåéñÿ â îòêðûòîì ñîñóäå, ïîñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ. Æèäêîñòü íå èñ÷åçàåò áåññëåäíî — îíà ïðåâðàùàåòñÿ â ïàð. Èñïàðåíèå — ýòî îäèí èç âèäîâ ïàðîîáðàçîâàíèÿ. Äðóãîé âèä — ýòî êèïåíèå.
Ìåõàíèçì èñïàðåíèÿ.
Êàê ïðîèñõîäèò èñïàðåíèå? Ìîëåêóëû ëþáîé æèäêîñòè íàõîäÿòñÿ â íåïðåðûâíîì è áåñïîðÿäî÷íîì äâèæåíèè, ïðè÷åì, ÷åì âûøå òåìïåðàòóðà æèäêîñòè, òåì áîëüøå êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ìîëåêóë. Ñðåäíåå çíà÷åíèå êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè èìååò îïðåäåëåííóþ âåëè÷èíó. Íî ó êàæäîé ìîëåêóëû êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ìîæåò áûòü êàê áîëüøå, òàê è ìåíüøå ñðåäíåé. Åñëè âáëèçè ïîâåðõíîñòè îêàæåòñÿ ìîëåêóëà ñ êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèåé, äîñòàòî÷íîé äëÿ ïðåîäîëåíèÿ ñèë ìåæìîëåêóëÿðíîãî ïðèòÿæåíèÿ, îíà âûëåòèò èç æèäêîñòè. Òî æå ñàìîå ïîâòîðèòñÿ ñ äðóãîé áûñòðîé ìîëåêóëîé, ñî âòîðîé, òðåòüåé è ò. ä. Âûëåòàÿ íàðóæó, ýòè ìîëåêóëû îáðàçóþò íàä æèäêîñòüþ ïàð. Îáðàçîâàíèå ýòîãî ïàðà è åñòü èñïàðåíèå.
Ïîãëîùåíèå ýíåðãèè ïðè èñïàðåíèè.
Ïîñêîëüêó ïðè èñïàðåíèè èç æèäêîñòè âûëåòàþò áîëåå áûñòðûå ìîëåêóëû, ñðåäíÿÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ îñòàâøèõñÿ â æèäêîñòè ìîëåêóë ñòàíîâèòñÿ âñå ìåíüøå è ìåíüøå. Ýòî çíà÷èò, ÷òî âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ èñïàðÿþùåéñÿ æèäêîñòè óìåíüøàåòñÿ. Ïîýòîìó åñëè íåò ïðèòîêà ýíåðãèè ê æèäêîñòè èçâíå, òåìïåðàòóðà èñïàðÿþùåéñÿ æèäêîñòè ïîíèæàåòñÿ, æèäêîñòü îõëàæäàåòñÿ (èìåííî ïîýòîìó, â ÷àñòíîñòè, ÷åëîâåêó â ìîêðîé îäåæäå õîëîäíåå, ÷åì â ñóõîé, îñîáåííî ïðè âåòðå).
Îäíàêî ïðè èñïàðåíèè âîäû, íàëèòîé â ñòàêàí, ìû íå çàìå÷àåì ïîíèæåíèÿ åå òåìïåðàòóðû. ×åì ýòî îáúÿñíèòü? Äåëî â òîì, ÷òî èñïàðåíèå â äàííîì ñëó÷àå ïðîèñõîäèò ìåäëåííî, è òåìïåðàòóðà âîäû ïîääåðæèâàåòñÿ ïîñòîÿííîé çà ñ÷åò òåïëîîáìåíà ñ îêðóæàþùèì âîçäóõîì, èç êîòîðîãî â æèäêîñòü ïîñòóïàåò íåîáõîäèìîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû. Çíà÷èò, ÷òîáû èñïàðåíèå æèäêîñòè ïðî èñõîäèëî áåç èçìåíåíèÿ åå òåìïåðàòóðû, æèäêîñòè íåîáõîäèìî ñîîáùàòü ýíåðãèþ.
Êîëè÷åñòâî òåïëîòû, êîòîðîå íåîáõîäèìî ñîîáùèòü æèäêîñòè äëÿ îáðàçîâàíèÿ åäèíèöû ìàññû ïàðà ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå, íàçûâàåòñÿ òåïëîòîé ïàðîîáðàçîâàíèÿ.
Ñêîðîñòü èñïàðåíèÿ æèäêîñòè.
 îòëè÷èå îò êèïåíèÿ, èñïàðåíèå ïðîèñõîäèò ïðè ëþáîé òåìïåðàòóðå, îäíàêî ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû æèäêîñòè ñêîðîñòü èñïàðåíèÿ âîçðàñòàåò. ×åì âûøå òåìïåðàòóðà æèäêîñòè, òåì áîëüøå áûñòðî äâèæóùèõñÿ ìîëåêóë èìååò äîñòàòî÷íóþ êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ, ÷òîáû ïðåîäîëåòü ñèëû ïðèòÿæåíèÿ ñîñåäíèõ ÷àñòèö è âûëåòåòü çà ïðåäåëû æèäêîñòè, è òåì áûñòðåå èäåò èñïàðåíèå.
Ñêîðîñòü èñïàðåíèÿ çàâèñèò îò ðîäà æèäêîñòè. Áûñòðî èñïàðÿþòñÿ ëåòó÷èå æèäêîñòè, ó êîòîðûõ ñèëû ìåæìîëåêóëÿðíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìàëû (íàïðèìåð, ýôèð, ñïèðò, áåíçèí). Åñëè êàïíóòü òàêîé æèäêîñòüþ íà ðóêó, ìû îùóòèì õîëîä. Èñïàðÿÿñü ñ ïîâåðõíîñòè ðóêè, òàêàÿ æèäêîñòü áóäåò îõëàæäàòüñÿ è îòáèðàòü ó íåå íåêîòîðîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû.
Ñêîðîñòü èñïàðåíèÿ æèäêîñòè çàâèñèò îò ïëîùàäè åå ñâîáîäíîé ïîâåðõíîñòè. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî æèäêîñòü èñïàðÿåòñÿ ñ ïîâåðõíîñòè, è ÷åì áîëüøå ïëîùàäü ñâîáîäíîé ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè, òåì áîëüøåå êîëè÷åñòâî ìîëåêóë îäíîâðåìåííî âûëåòàåò â âîçäóõ.
 îòêðûòîì ñîñóäå ìàññà æèäêîñòè âñëåäñòâèå èñïàðåíèÿ ïîñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî áîëüøèíñòâî ìîëåêóë ïàðà ðàññåèâàåòñÿ â âîçäóõå, íå âîçâðàùàÿñü â æèäêîñòü (â îòëè÷èå îò òîãî, ÷òî ïðîèñõîäèò â çàêðûòîì ñîñóäå). Íî íåáîëüøàÿ ÷àñòü èõ âîçâðàùàåòñÿ â æèäêîñòü, çàìåäëÿÿ òåì ñàìûì èñïàðåíèå. Ïîýòîìó ïðè âåòðå, êîòîðûé óíîñèò ìîëåêóëû ïàðà, èñïàðåíèå æèäêîñòè ïðîèñõîäèò áûñòðåå.
Ïðèìåíåíèå èñïàðåíèÿ â òåõíèêå.
Èñïàðåíèå èãðàåò âàæíóþ ðîëü â ýíåðãåòèêå, õîëîäèëüíîé òåõíèêå, â ïðîöåññàõ ñóøêè, èñïàðèòåëüíîãî îõëàæäåíèÿ. Íàïðèìåð, â êîñìè÷åñêîé òåõíèêå áûñòðîèñïàðÿþùèìèñÿ âåùåñòâàìè ïîêðûâàþò ñïóñêàåìûå àïïàðàòû. Ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç àòìîñôåðó ïëàíåòû êîðïóñ àïïàðàòà â ðåçóëüòàòå òðåíèÿ íàãðåâàåòñÿ, è ïîêðûâàþùåå åãî âåùåñòâî íà÷èíàåò èñïàðÿòüñÿ. Èñïàðÿÿñü, îíî îõëàæäàåò êîñìè÷åñêèé àïïàðàò, ñïàñàÿ åãî òåì ñàìûì îò ïåðåãðåâà.
Êîíäåíñàöèÿ.
Êîíäåíñàöèÿ (îò ëàò. condensatio — óïëîòíåíèå, ñãóùåíèå) — ïåðåõîä âåùåñòâà èç ãàçîîáðàçíîãî ñîñòîÿíèÿ (ïàðà) â æèäêîå èëè òâåðäîå ñîñòîÿíèå.
Èçâåñòíî, ÷òî ïðè íàëè÷èè âåòðà æèäêîñòü èñïàðÿåòñÿ áûñòðåå. Ïî÷åìó? Äåëî â òîì, ÷òî îäíîâðåìåííî ñ èñïàðåíèåì ñ ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè èäåò è êîíäåíñàöèÿ. Êîíäåíñàöèÿ ïðîèñõîäèò èç-çà òîãî, ÷òî ÷àñòü ìîëåêóë ïàðà, áåñïîðÿäî÷íî ïåðåìåùàÿñü íàä æèäêîñòüþ, ñíîâà âîçâðàùàåòñÿ â íåå. Âåòåð æå âûíîñèò âûëåòåâøèå èç æèäêîñòè ìîëåêóëû è íå äàåò èì âîçâðàùàòüñÿ.
Êîíäåíñàöèÿ ìîæåò ïðîèñõîäèòü è òîãäà, êîãäà ïàð íå ñîïðèêàñàåòñÿ ñ æèäêîñòüþ. Èìåííî êîíäåíñàöèåé îáúÿñíÿåòñÿ, íàïðèìåð, îáðàçîâàíèå îáëàêîâ: ìîëåêóëû âîäÿíîãî ïàðà, ïîäíèìàþùèåñÿ íàä çåìëåé, â áîëåå õîëîäíûõ ñëîÿõ àòìîñôåðû ãðóïïèðóþòñÿ â ìåëü÷àéøèå êàïåëüêè âîäû, ñêîïëåíèÿ êîòîðûõ è ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé îáëàêà. Ñëåäñòâèåì êîíäåíñàöèè âîäÿíîãî ïàðà â àòìîñôåðå ÿâëÿþòñÿ òàêæå äîæäü è ðîñà.
Ïðè èñïàðåíèè æèäêîñòü îõëàæäàåòñÿ è, ñòàâ áîëåå õîëîäíîé, ÷åì îêðóæàþùàÿ ñðåäà, íà÷èíàåò ïîãëîùàòü åå ýíåðãèþ. Ïðè êîíäåíñàöèè æå, íàîáîðîò, ïðîèñõîäèò âûäåëåíèå íåêîòîðîãî êîëè÷åñòâà òåïëîòû â îêðóæàþùóþ ñðåäó, è åå òåìïåðàòóðà íåñêîëüêî ïîâûøàåòñÿ. Êîëè÷åñòâî òåïëîòû, âûäåëÿþùååñÿ ïðè êîíäåíñàöèè åäèíèöû ìàññû, ðàâíî òåïëîòå èñïàðåíèÿ.
Источник
Давайте попробуем разобраться где и почему образуется конденсат?
Конденсирование – процесс обратный парообразованию. Парообразование бывает двух видов – кипение и испарение. Кипение – более интенсивный процесс парообразования. Больше про кипение нам пока знать не надо. А вот процессы испарения и конденсации можно рассмотреть по-подробнее.
На самом деле схема примерно следующая: жидкость->испарение->пар->конденсация->жидкость.
Все мы помним картинку из учебника по природоведению (теперь по “Окружающему миру”), которая называлась – Круговорот воды в природе.
Собственно, вот всё тоже самое работает и нашем с вами жилище. С тёплых и влажных поверхностей происходит испарение, а в холодных местах появляется конденсат в виде капелек тумана, который оседает на ближайших поверхностях.
Дело в том, что процесс испарения поглощает энергию, нужно подводить тепло, проще говоря – подогревать. В то время как конденсация напротив энергию выделяет, и чтобы конденсировать жидкости систему необходимо охлаждать. Все помнят холодильник-змеевик в самогонном аппарате. Там тоже происходит конденсация.
Человек, с точки зрения физики, вполне себе тёплая и влажная поверхность.
Влажность выдыхаемого воздуха становиться очевидной на морозе. На холоде тут же образуется туман. В тёплом помещении, туман образуется не сразу, а только в холодном углу, у холодной стены, у холодного окна или холодной рамы.
На самом деле, стадий может быть больше.
Так если мы смотрим на чашку с горячим чаем, то мы видим клубы тумана, который принято называть “пар”, но это не пар. Пар от горячего чая сразу конденсируется в относительно прохладном воздухе комнаты, но не успевает осесть на поверхность и снова испаряется.
То есть, тут схема:
жидкость->пар->туман->пар.
Так бывает. Туман может испариться, и облака могут испаряться и конденсироваться в другом месте.
Процесс конденсации тоже не одно действие. Сконденсировавшийся туман выпадает росой на поверхность и начинает испаряться с неё, охлаждая эту поверхность ещё сильнее. Если только всё это не замерзает до твёрдой фазы, которую принято называть “иней”, или “обледенение”.
Почему собственно, это так работает? Почему вода испаряется там где тепло и конденсируется там где холодно?
Вы наверняка много раз слышали выражение “относительная влажность”. Это часто говорят, в прогнозе погоды, и если прислушаться, то можно услышать, что относительная влажность может быть и 90 и даже 100⁒, особенно в Питере. Мы же не рыбы, вокруг нас по прежнему воздух, а не вода с 10⁒ воздуха, как было бы будь эти 90⁒ абсолютной влажностью.
Дело в том, что количество водяного пара в воздухе зависит от температуры. Так например при 0ºС цельсия в одном кубометре воздуха может быть максимум 4,8 грамма водяного пара, при температуре 20ºС – 17,3 грамм в кубометре, а при температуре 35ºС – почти 40 грамм водяного пара в одном метре кубическом.
Конечно, это максимальные значения, соответствующие относительной влажности 100⁒.
Не удивительно, что приборы для охлаждения воздуха называются “кондиционеры”, а не “охладители”. Именно потому, что при охлаждении тёплого воздуха избыток влаги конденсируется и получается вода, конденсат.
Совпадение температуры и максимальной влажности при этой температуре, когда относительная влажность становится 100⁒ называется точкой росы.
Хотя правильнее было бы называть её точкой тумана. Но уж такое название прижилось.
Что это всё значит на практике?
Если мы не хотим образования конденсата, не надо дожидаться критической влажности. Чаще проветривайте помещение. Вместе с водяным паром, заодно и углекислый газ улетит. Нам он не нужен.
Если на кухне что-то кипит, открывайте окно, включайте вытяжку.
Постарайтесь не иметь слишком холодных поверхностей в помещении. Если где-то холодно, утепляйте или обогревайте.
И да будет нам тепло и сухо в любую погоду!
Источник
У всех веществ есть три агрегатных состояния – твердое, жидкое и газообразное, которые проявляются при особых условиях.
Определение 1
Фазовый переход – это переход вещества от одного состояния к другому.
Примерами такого процесса являются конденсация и испарение.
Если создать определенные условия, можно превратить любой реальный газ (например, азот, водород, кислород) в жидкость. Для этого необходимо понижение температуры ниже некоторого минимума, называемого критической температурой. Она обозначается Tкр. Так, для азота значение этого параметра равно 126 К, для воды – 647,3 К, для кислорода – 154,3 К. При поддержании комнатной температуры вода может сохранять как газообразное, так и жидкое состояние, а азот и кислород – только газообразное.
Определение 2
Испарение – это фазовый переход вещества в газообразное состояние из жидкого.
Молекулярно-кинетическая теория объясняет этот процесс постепенным перемещением с поверхности жидкости тех молекул, чья кинетическая энергия больше, чем энергия их связи с остальными молекулами жидкого вещества. Вследствие испарения средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается, что, в свою очередь, приводит к снижению температуры жидкости, если к ней не подведен дополнительный источник внешней энергии.
Определение 3
Конденсация – это фазовый переход вещества из газообразного состояния в жидкое (процесс, обратный испарению).
Во время конденсации молекулы пара возвращаются обратно в жидкое состояние.
Рисунок 3.4.1. Модель испарения и конденсации.
Динамическое равновесие
Если сосуд, в котором находится жидкость или газ, закупорен, то в таком случае его содержимое может находиться в динамическом равновесии, т.е. скорость процессов конденсации и испарения будет одинаковой (из жидкости будет испаряться столько молекул, сколько возвращается обратно из пара). Такая система получила название двухфазной.
Определение 4
Насыщенный пар – это пар, который находится со своей жидкостью в состоянии динамического равновесия.
Существует зависимость между количеством молекул, испаряющихся с поверхности жидкости в течение одной секунды, и температурой этой жидкости. Скорость процесса конденсации зависит от концентрации молекул пара и скорости их теплового движения, которая, в свою очередь, также находится в прямой зависимости от температуры. Следовательно, можно сделать вывод, что при равновесии жидкости и ее пара концентрация молекул будет определяться равновесной температурой. При повышении температуры необходима высокая концентрация молекул пара, чтобы испарение и конденсация стали одинаковыми по скорости.
Поскольку, как мы уже выяснили, концентрация и температура будут определять давление пара (газа), мы можем сформулировать следующее утверждение:
Определение 5
Давление насыщенного пара p0 определенного вещества не зависит от объема, но находится в прямой зависимости от температуры.
Именно по этой причине изотермы реальных газов на плоскости включают в себя горизонтальные фрагменты, которые соответствуют двухфазной системе.
Рисунок 3.4.2. Изотермы реального газа. Область I – жидкость, область II – двухфазная система «жидкость + насыщенный пар», область III – газообразное вещество. K – критическая точка.
Если температура будет расти, увеличатся и давление насыщенного пара, и его плотность, а вот плотность жидкости, наоборот, будет снижаться из-за теплового расширения. При достижении критической для данного вещества температуры плотность жидкости и газа уравниваются, после прохождения этой точки физические различия между насыщенным паром и жидкостью исчезают.
Возьмем насыщенный пар и будем сжимать его изотермически при T<Tкр. Его давление будет постепенно возрастать, пока не сравняется с давлением насыщенного пара. Постепенно на дне сосуда появится жидкость, и между ней и ее насыщенным паром возникнет динамическое равновесие. По мере уменьшения объема будет происходить конденсация все большей части пара при неизменном давлении (на изотерме это состояние соответствует горизонтальному участку). После того, как весь пар перейдет в жидкое состояние, давление начнет резко увеличиваться при дальнейшем уменьшении объема, поскольку жидкость сжимается слабо.
Необязательно проходить двухфазную область, чтобы совершить переход от газа к жидкости. Процесс можно провести и в обход критической точки. На изображении такой вариант показан при помощи ломаной линии ABC.
Рисунок 3.4.3. Модель изотермы реального газа.
Воздух, которым мы дышим, при некотором давлении всегда включает в себя водяные пары. Это давление, как правило, меньше, чем давление насыщенного пара.
Определение 6
Относительная влажность воздуха – это отношение парциального давления к давлению насыщенного водяного пара.
В виде формулы это можно записать так:
φ=pp0·100%.
Для описания ненасыщенного пара допустимо использовать и уравнение состояния идеального газа с учетом обычных для реального газа ограничений: не слишком большого давления пара (p≤(106–107) Па) и температуры выше значения, определенного для каждого конкретного вещества.
Для описания насыщенного пара применимы законы идеального газа. Однако при этом давление для каждой температуры должно быть определено по кривой равновесия для данного вещества.
Чем выше температура, тем выше давление насыщенного пара. Эту зависимость из законов идеального газа вывести нельзя. При условии постоянной концентрации молекул давление газа будет постоянно возрастать прямо пропорционально температуре. Если пар является насыщенным, то с ростом температуры будет расти не только концентрация, но и средняя кинетическая энергия молекул. Из этого следует, что чем выше температура, тем быстрее растет давление насыщенного пара. Этот процесс происходит быстрее, чем рост давления идеального газа при условии постоянной концентрации молекул в нем.
Что такое кипение
Выше мы указывали, что испарение идет в основном с поверхности, но оно также может происходить и из основного объема жидкости. Любое жидкое вещество включает в себя мелкие газовые пузырьки. Если внешнее давление (т.е. давление газа в них) уравнять с давлением насыщенного пара, то произойдет испарение жидкости внутри пузырьков, и они начнут наполняться паром, расширяться и всплывать на поверхность. Этот процесс называется кипением. Таким образом, температура кипения зависит от внешнего давления.
Определение 7
Жидкость начинает кипеть при такой температуре, при которой внешнее давление и давление ее насыщенных паров будут равны.
Если атмосферное давление нормальное, то для кипения воды нужна температура 100 °С. При ней давление насыщенных водяных паров будет равно 1 атм. Если мы будем кипятить воду в горах, то из-за уменьшения атмосферного давления температура кипения снизится до 70 °С.
Жидкость может кипеть только в открытом сосуде. Если его герметично закрыть, то нарушится равновесие между жидкостью и ее насыщенным паром. Узнать температуру кипения при различных значениях давления можно с помощью кривой равновесия.
Кривые равновесия состояний вещества
На изображении выше с помощью изотерма реального газа показаны процессы фазовых переходов – конденсации и испарения. Эта схема является неполной, поскольку вещество может принимать также и твердое состояние. Достижение термодинамического равновесия между фазами вещества при заданной температуре возможно лишь при определенном давлении в системе.
Определение 8
Кривая фазового равновесия – это зависимость между равновесным давлением и температурой.
Примером такой зависимости может быть кривая равновесия жидкости и насыщенного пара. Если мы построим кривые, отображающие равновесие между фазами одного вещества, на плоскости, то мы увидим определенные области, которые соответствуют разным агрегатным состояниям вещества – жидкому, твердому, газообразному. Кривые, построенные в системе координат, называются фазовыми диаграммами.
Рисунок 3.4.4. Типичная фазовая диаграмма вещества. K – критическая точка, T – тройная точка. Область I – твердое тело, область II – жидкость, область III – газообразное вещество.
Равновесие между газообразной и твердой фазой вещества отображает так называемая кривая сублимации (на рисунке она обозначена как 0T), между паром и жидкостью – кривая испарения, которая заканчивается в критической точке. Кривая равновесия между жидкостью и твердым телом называется кривой плавления.
Определение 9
Тройная точка – это точка, в которой сходятся все кривые равновесия, т.е. возможны все фазы вещества.
Многие вещества достигают тройной точки при давлении меньше 1 атм≈105 Па. Они плавятся при нагревании в атмосферном давлении. Так, у воды тройная точка имеет координаты Tтр=273,16 К, pтр=6,02·102 Па. Именно на ней основана абсолютная температурная шкала Кельвина.
У некоторых веществ достижение тройной точки происходит и при давлении выше 1 атм.
Пример 1
Например, для углекислоты нужно давление в 5,11 атм и температура Tтр=216,5 К. Если давление равно атмосферному, то для поддержания ее в твердом состоянии нужна низкая температура, а переход в жидкое состояние становится невозможен. Углекислота в равновесии со своим паром при атмосферном давлении называется сухим льдом. Это вещество не способно плавиться, а может только испаряться (сублимировать).
Источник