При какой температуре возникает пар
Изучение теплофизических свойств воды и водяного пара помогает понять, почему происходит испарение. Благодаря динамическому равновесию газообразного и жидкого состояния Н2О осуществляется круговорот воды в природе. Атмосфера планеты служит защитным колпаком, в ней происходят те же термодинамические процессы, что и в закрытой емкости с водой. Зависимость давления пара от температуры, плотности соответствует уравнению Менделеева-Клапейрона. С помощью формул можно вычислить, чему будет равна плотность пара в пузырьках, поднимающихся к поверхности воды, или при какой температуре закипит вода, если подняться на гору, где давление воздуха ниже.
Вода превращается в пар при температуре
Понятие «водяной пар» характеризует свойство жидкости
улетучиваться. Начало испарения — отрыв частичек воды от поверхности воды. Из
жидкого агрегатного состояния молекулы переходят в газообразное. Превращение в
газовую фазу происходит до момента насыщения, когда возникает равновесие между
жидкой или твердой субстанцией и газом. Молекула воды не в силах оторваться от
поверхности, если плотность достигает максимальной величины, газ становится
насыщенным. Определить величину давления насыщения водяного пара можно для
любой температуры. Даже лёд обладает способностью испаряться.
Когда говорят об испарении, уточняют градусы Цельсия, при которых начинается парообразование. При 100°С жидкость закипает только при атмосферном давлении 760 мм рт. столба. Чем ниже давление, тем свободнее отрываются частицы воды от поверхности, насыщая воздух. Снижение давления до 0,006 атмосфер (тройная точка) приводит к тому, что вода одновременно присутствует в трех фазовых состояниях: жидком, твердом, газообразном. Кипение воды в лабораторных условиях достигается без перехода в жидкое состояние. Происходит вскипание твердой фазы, процесс называется возгонкой. Лед трансформируется в газообразное состояние при температуре –0,1°С под давлением ниже тройной точки. Величину давления и плотности насыщенного водяного пара при различной температуре устанавливают экспериментальным путем.
Способность паров насыщать воздух характеризуется
влажностью. Упругость водяного пара определяют прибором для измерения
влажности, он называется психрометром. Измеряется парциальное давление водяных
паров, находящихся в атмосферном воздухе.
Насыщенный водяной пар
Вернемся к эксперименту. Итак, у нас в закрытой банке
жидкость. Что происходит? Испарение воды. Процесс начинается при низкой
плотности воздуха. Благодаря пару, давление на поверхность жидкости возрастает,
оно препятствует движению молекул. Их все меньше и меньше отрывается от воды.
Наступает момент, когда образуются капли влаги. Этот процесс называется
«конденсация». Когда скорость образования пара равна скорости конденсации,
возникает термодинамическое равновесие. Пар в этот момент считается насыщенным.
Жидкость и газ уравновешивают друг друга. Такое состояние достигается при
определенных условиях, важные параметры:
- Температура, изменение на долю градуса нарушает равновесие. При повышении парообразование ускоряется, при понижении увеличивается процесс конденсации влаги.
- Давление, при его понижении молекулы жидкой фазы свободнее передвигаются, отрываются от поверхности, начинается испарение воды.
Почему не учитывается объем банки? Он не меняет термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения. Допустим, крышка экспериментальной банки опустилась ниже, объем уменьшился. К чему это приведет? Пар будет ускоренно конденсироваться до момента равновесия. При увеличении объема ускорится парообразование, но замкнутая система опять придет в равновесное состояние.
Изучая термодинамику, легко понять, почему пар обжигает
сильнее воды той же температуры. Что такое кипение? Состояние, при котором
жидкая фаза активно превращается в парообразное состояние. Следовательно,
происходит обратный процесс конденсации, он сопровождается выделением теплоты.
За счет этого ожог от пара сильнее.
Удельная теплоемкость возрастает, если повышается температура
воды. Процесс парообразования виден в момент кипения. При повышении давления
температура газов достигает 200°С, это свойство используется в теплотехнике,
горячим, вязким паром заполняют теплообменники.
Давление насыщенного водяного пара
Формула p=nkT указывает на прямую зависимость давления
идеального газа (p) и его температуры (Т). Параметр n –число молекул,
содержащихся в заданном объеме, характеризует плотность пара. Постоянная
Больцмана k устанавливает взаимосвязь температуры с энергией образования
вещества (энтальпия).
Пар нельзя сравнивать с идеальным газом. Его давление при
повышении температуры растет быстрее из-за повышения плотности. Концентрация
частиц в неизменном объеме возрастает. Эти особенности свойств водяного пара
необходимо учитывать при расчетах давления насыщенного водяного пара. Если в
идеальном газе возрастает энергия ударов молекул о стенки сосуда, то в
насыщенном паре существенно возрастает число ударов за счет увеличения
концентрации активных частиц.
Плотность насыщенного водяного пара
Плотностью называется отношение массы вещества к его объему.
Этот параметр характеризует расстояние между отдельными молекулами. В жидкой
фазе они сцепляются между собой, в твердой расположены симметрично относительно
друг друга. В газообразном находятся на произвольном удаленном расстоянии, чем
объясняется отличие плотности водяного пара от плотности воды.
Теперь подробно рассмотрим, какое влияние оказывает на
плотность насыщенных водяных паров изменение температуры. Она непостоянна из-за
изменения массы газообразной фазы:
- при повышении температуры она возрастает за счет
ускорения испарения; - при понижении – падает, вода активно
конденсируется.
По сути, она должна постоянно меняться, так как частицы воды
непрерывно движутся, переходят из одного агрегатного состояния в другое. Но при
динамическом равновесии концентрация неизменна: сколько молекул испарится,
столько же конденсируется. Показатели устанавливаются экспериментально для
каждой температуры. Их значения сведены в таблицы.
Источник
Конденсат – это вода в жидкой фазе, образовавшаяся (выпавшая) из воздуха на поверхностях конструкций или в их внутренних слоях. Конденсат, где бы он ни появился, всегда нежелательное, а часто и разрушительное, явление для нормального функционирования ограждающих конструкций. Чтобы предотвратить образование конденсата, необходимо знать суть физических процессов его вызывающих.
ФИЗИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ КОНДЕНСАТА
Физическая суть процесса возникновения конденсата состоит в том, что максимальное количество влаги, которое воздух способен содержать в себе в форме газа (водяных паров) зависит в основном от его температуры. Чем меньше температура воздуха, тем меньшее количество водяных паров, т.е. воды в газообразной форме, может содержать в себе воздух, и наоборот.
Таким образом, при понижении температуры самого воздуха или при контакте воздуха с охлажденными предметами, может возникнуть момент, когда его температура понижается до точки росы и, в итоге, выпадает конденсат (роса), т.е. та часть воды, которая уже не удерживается в воздухе в форме газа. Наступает момент насыщения воздуха водяными парами и «лишние» водяные пары выпадают в жидкой фазе в виде конденсата. Данный процесс хорошо иллюстрирует схема возникновения конденсата.
Схема образования конденсата
На рисунке обозначено:
t1в – температура воздуха в начале процесса;
t2в – температура воздуха в момент достижения значения точки росы;
t3в – температура воздуха ниже значения точки росы;
τр – температура точки росы (точка росы);
f1в , f2в и f3в
– фактические абсолютные влажности воздуха при данной температуре воздуха;
f1max, f2max и f1max
– максимальные абсолютные влажности воздуха при данной температуре воздуха;
e1в, e2в и e3в – фактические парциальные давления водяных паров при данной температуре воздуха;
Е1max, Е2max и Е3max – максимально возможные парциальные давления водяных паров при данной температуре воздуха;
φ1в, φ2в и φ3в – относительные влажности воздуха при данной температуре.
Абсолютная влажность воздуха (f) – это количество водяных паров по весу, содержащихся в единице объема воздуха. Каждому значению температуры воздуха (при фиксированном его давлении) соответствует максимально возможное при данной температуре значение абсолютной влажности.
Парциальное давление водяного пара (е, Е) – это та часть общего давления воздуха, которая обеспечивается давлением водяного пара. Для каждой температуры воздуха есть свое максимально возможное значение парциального давления водяных паров (Е).
Относительная влажность воздуха (φ) – это отношение фактической массовой доли водяных паров в воздухе к максимально возможной доли при данной температуре воздуха, измеряемое в процентах. Не углубляясь в детали термодинамики, φ можно определять по формулам:
φ = e*100/ Е max = f*100 / f max.
Из вышесказанного видно, что основным условием для выпадения конденсата является понижение температуры воздуха до значений точки росы и ниже. Достижение точки росы характеризуется повышением относительной влажности воздуха до 100%, что, в свою очередь, означает достижение равенства фактического и максимально возможного значений, как абсолютной влажности воздуха, так и парциального давления водяных паров в нем.
МЕРЫ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ВЫПАДЕНИЯ КОНДЕНСАТА
Учитывая вышесказанное, для предотвращения выпадения конденсата на поверхностях и внутренних слоях ограждающих конструкций, необходимо принимать следующие меры:
Повысить температуру внутренних поверхностей ограждающих конструкций. Для этого, поверхности наружных стен, окон, чердачных и цокольных перекрытий должны иметь хороший теплообмен с внутренним воздухом, необходима их хорошая теплоизоляция и отсутствие мостиков холода;
Понизить относительную влажность воздуха в помещениях. Для этого помещения дома и, особенно, ванны, туалеты, кухни должны иметь хорошую вентиляцию.
Поддерживать температуру воздуха в помещениях не ниже рекомендуемого санитарно-гигиеническими нормами диапазона: 22-24 град.
Защитить слоем пароизоляции внутренние слои ограждающих конструкций от возможного проникновения в них водяных паров из помещений и, как следствие, возможного выпадения конденсата внутри ограждающих конструкций. Слой пароизоляции устанавливается перед слоем утеплителя на пути водяных паров изнутри наружу.
На практике применяют сразу все четыре указанных приема защиты от конденсата.
О причинах возникновении конденсата и путях его предотвращения читайте также:
Что такое точка росы
При каких условиях образуется конденсат
Зачем нужна пароизоляция
Критерии оценки теплозащиты здания
Конденсат на чердаке
просмотров: 71797
| рейтинг: 17
<< назад к списку
Источник
Водяной пар важен для жизни человека и всего живого на Земле. Он участвует в мировом круговороте воды в природе.
Солнце нагревает поверхность Земли, вода превращается в водяной пар и поднимается вверх. Там воздух охлаждается и пар снова становится водой. В виде осадков он снова попадает на Землю, питая реки и Мировой океан.
Водяной пар регулирует тепло на поверхности нашей планеты, определяет какая установится температура в определённой местности, образуются ли облака, выпадет дождь и роса.
В данной статье мы подробно рассмотрим: уникальные свойства водяного пара, его давление, температуру и интересные факты.
Что такое водяной пар
Водяной пар – это вода в газообразном состоянии, которая сохраняет свои свойства, но приобретает также свойства газа. Его количество определяет важнейшую для состояния атмосферы характеристику – влажность воздуха. Это одно из агрегатных состояний воды.
Рассмотрим основные виды пара.
- Сухой насыщенный, не содержит капелек воды.
- Влажный насыщенный, состоит из мельчайших капелек воды.
- Перегретый (сухой ненасыщенный), образуется при дальнейшем нагреве влажного пара, выше температуры насыщения. Обладает более высокой температурой и более низкой плотностью.
Какой цвет: белый или прозрачный
Многие люди задаются вопросом: водяной пар белый или прозрачный? Можно его увидеть?
В повседневной жизни при кипении воды в чайнике мы часто видим белый дымок, который вырывается из носика. Некоторые люди считают его паром. На самом деле – это туман (результат конденсации водяного пара).
Настоящий пар невидим глазу, он прозрачный, безвкусный. Не имеет постоянной формы, запаха.
Основное содержание наблюдается в нижних слоях атмосферы (тропосфера). Пар может переходить в жидкое состояние. Данное явление мы часто наблюдаем в повседневной жизни, когда оконные стекла в комнате запотевают. Это значит, что водяной пар в тёплом воздухе комнаты коснулся холодного стекла, сгустился и превратился в мельчайшие капельки воды. Явление называют конденсацией.
Водяной пар принимает непосредственное участие в круговороте воды в природе. С его помощью образуются: облака, тучи, туман. Наибольшее скопление наблюдается в тропосфере.
В настоящий момент пар часто используют для бытовых нужд и производства. Среди наиболее известных устройств с его применением можно отнести:
- утюги;
- паровозы;
- пароходы;
- паровые котлы;
- с его помощью вращают турбины генераторов на электростанции, тушат пожары.
Парциальное давление
Атмосферный воздух состоит из водяного пара и смеси различных газов. Давление, которое производил бы только водяной пар, при исключении всех других элементов называют парциальным давлением (упругостью).
Формула для расчета. Закон парциальных давлений газов (Закон Дальтона)
Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений, входящих в нее газов.
Где p1, p2, p3+pn – парциальное давления, производимое каждым газом, входящим в состав смеси.
Значение выражается в мбар или мм. ртутного столба. Отвечает за влажность воздуха, атмосферное давление.
Нормальное атмосферное давление составляет 760 мм ртутного столба.
При снижении атмосферного давления повышается влажность воздуха, возможны осадки и повышение температуры воздуха.
Атмосферное давление важный показатель, который напрямую влияет на влажность воздуха, состояние людей (метеозависимых), температуру кипения.
Например, в горах при подъеме над поверхностью Земли, температура кипения воды падает, так как снижается атмосферное давление. На Эльбрусе, самой высокой вершине Европы (5642), вода закипит при 80,8 °С.
Температура
Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара содержится в нем.
В 1 м 3 воздуха при температуре +20 °С может содержаться 17 грамм
При Температуре -20 °С – только 1 грамм.
Масса водяного пара
Массу можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона.
pV = (m/M . RT), где
р — давление насыщенного водяного пара;
V – его объём;
М — молярная масса пара;
R — газовая постоянная;
Т — температура пара.
Как образуется водяной пар
Образуется двумя способами, в результате испарения и кипения. Рассмотрим более подробно каждый из них.
- Испарение. Пар поступает в атмосферу, испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений. В атмосфере конденсация водяного пара приводит к образованию облаков, тумана и осадков, а десублимация – снега;
- Кипение. Пар образуется по всему объему жидкости.
Испарение происходит при любой температуре, кипение — при одной, определенной для текущего давления. Когда процесс кипения начался, то, несмотря на продолжающийся подвод тепла, температура жидкости изменяется незначительно, пока вся жидкость не превратится в пар.
Давление и плотность насыщенных паров воды при различных температурах
Для наглядности предоставлена изображение с таблицей № 1.
В таблице указаны базовые значения.
Если имеется больше данных, расчеты можно сделать точно с помощью физических формул и измерений.
Ответы на распространенные вопросы
Какой воздух содержит больше всего водяного пара
Самое большое количество содержит воздух, который сформировался над Черным морем, так как температура в этих широтах намного выше
Можно ли увидеть водяной пар
Настоящий пар прозрачен и невидим.
От чего зависит скорость испарения
Скорость испарения зависит от рода жидкости. Быстрее испаряется та жидкость, молекулы которой притягиваются друг к другу с меньшей силой.
Если листок бумаги смочить в одном месте эфиром, а в другом водой, то мы заметим, что эфир испарится значительно быстрее, чем вода.
Заключение
Водяной пар невидим, не имеет вкуса, постоянной формы, цвета и запаха. На поверхности нашей планеты он выполняет важную функцию терморегуляции. От него зависит, какой будет климат, выпадет дождь и роса.
Пар непосредственный участник круговорота воды в природе. Он испаряется с поверхности океанов, рек, болот, почвы, растений и поступает в воздух, образовывая облака, тучи и лед. С помощью конденсации он снова превращается в воду.
Подготовлено специалистами www.vodasila.ru
Автор Марюшина Мария
Источник
Водяной пар играет важнейшую роль в жизни нашей планет в целом и в жизни человека в частности …
Водяной пар — газообразное состояние воды
Водяной пар является газообразным состоянием воды. Газообразное состояние относится к трем основным агрегатным состояниям воды, встречающихся в природе в естественных условиях. Детально этот вопрос рассмотрен в материале АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВОДЫ В ПРИРОДЕ → .
Чистый водяной пар не имеет ни цвета, ни вкуса. Наибольшее скопление пара наблюдается в тропосфере.
Водяной пар — вода, содержащаяся в атмосфере в газообразном состоянии. Количество водяного пара в воздухе сильно меняется; наибольшее его содержание – до 4 %. Водяной пар невидим; то, что называют паром в быту (пар от дыхания на холодном воздухе, пар от кипения воды и т. п.), – это результат конденсации водяного пара, как и туман. Количество водяного пара определяет важнейшую для состояния атмосферы характеристику – влажность воздуха.
География. Современная иллюстрированная энциклопедия. — М.: Росмэн. Под редакцией проф. А. П. Горкина. 2006
Как образуется водяной пар
Водяной пар образуется в результате «парообразования». Парообразование происходит в результате двух процессов – испарения или кипения. При испарении пар образуется только на поверхности вещества, при кипении же пар образуется по всему объему жидкости, о чем и свидетельствуют пузырьки, активно поднимающиеся вверх во время процесса кипения.
Кипение воды происходит при температурах которые зависят от химического состава водного раствора и атмосферного давления. Температура кипения остается неизменной на протяжении всего процесса.
Пар, образующийся в результате кипения, называется насыщенным. Насыщенный пар в свою очередь подразделяется на насыщенный сухой и насыщенный влажный пар. Насыщенный влажный пар состоит из взвешенных капелек воды, температура которых находится на уровне кипения, и соответственно самого пара, а насыщенный сухой пар не содержит капелек воды.
Так же существует «перегретый пар», который образуется при дальнейшем нагреве влажного пара, этот вид пара обладает более высокой температурой и более низкой плотностью.
С паром мы постоянно сталкиваем в ежедневной жизни, он появляется — над носиком чайника при кипении воды, при глажке, при посещении бани… Однако не забывайте, что, как мы уже отмечали выше, чистый водяной пар не имеет ни цвета, ни вкуса.
Благодаря своим физическим свойствам и качествам, пар уже давным-давно нашел свое практическое применение в хозяйственной деятельности человека. И не только в быту, но и при решении больших глобальных задач. Долгое время пар был главной движущей силой прогресса как в прямом, так и в переносном смысле этого выражения. Он использовался как рабочее тело паровых машин, самой известной из которых является ПАРОВОЗ.
Использование пара человеком
Пар и в наше время широко используется в хозяйственных и производственных нуждах:
- в целях гигиены;
- в лечебных целях;
- для тушения пожаров;
- используются тепловые свойства пара (пар как теплоноситель) – паровые котлы; паровые рубашки (автоклавов и реакторов); разогрев «смерзающихся» материалов; теплообменники; отопительные системы; пропарка бетонных изделий; в особого рода теплообменниках … ;
- используют трансформацию энергии пара в движение – паровые машины … ;
- стерилизация и дезинфекция – пищевая промышленность, сельское хозяйство, медицина … ;
- пар как увлажнитель — в производстве железобетонных изделий; фанеры; в пищевой промышленности; в химической и парфюмерной промышленности; в деревообрабатывающих производствах; в сельскохозяйственном производстве … ;
- …
Значение водяного пара для экосистемы Земли и его влияние на климат нашей планеты
Водяной пар активно участвует в создания парникового эффекта на Земле. Его влияние на климат планеты весьма значительно. Поэтому к нему приковано внимание многих ученых, занимающихся данной проблематикой.
Водяной пар активно участвует во многих химических процессах происходящих в атмосфере, стратосфере, топосфере.
Водяной пар является незаменимым элементом такого важного для нашей планеты процесса как Круговорот воды в природе (глобальный гидрологический цикл). Повышение интенсивности круговорота воды в природе приведет к весьма плачевным для человечества результатам — экстремальные осадки, наводнения, засухи …
Выводы
Подводя итоги, отметим, что, несмотря на всю свою «незаметность», водяной пар является не только важным элементом глобальной эко-системы Земли, но так же и весьма полезным веществом для хозяйственной и экономической деятельности человека.
Водяной пар — газообразное состояние воды
2014-06-14
Автор: Waterman
Источник