Если взять специальный сосуд и налить в него жидкость, сосуд плотно прикрыть крышкой, то жидкости сначала станет немного меньше, а впоследствии она будет оставаться в неизменном виде. Если температура не меняется, то фаза жидкое состояние – пар превращается в равновесие и в таком тепловом равновесии может находиться неопределенное количество времени. Помимо того, что происходит испарение, происходит и процесс конденсации, а процессы называются взаимокомпенсирующимися, так как происходят за счет друг друга. С самого начала, когда вода будет налита и закроется плотно сосуд, произойдет испарение и над водой постепенно начнет увеличиваться плотность пара.
Количество молекул, которые будут возвращаться в жидкость, начинает возрастать. С ростом плотности пара увеличивается число возвращающихся молекул. Тем самым в сосуде с закрытой крышкой появляется динамическая температура или так называемое подвижное равновесие пара и воды. Молекулы, которые оторвались от поверхности воды за определенный промежуток времени, будут равны средней цифре молекул пара, которые возвращаются обратно в воду. Насыщенный пар – это когда пар и жидкость находятся в динамическом равновесии. Больше положенного пара при таком объеме и температуре, которые будут даны, быть просто не может.
Как насытить пар водой: влияние давления
Давайте рассмотрим вариант изменения насыщенного пара, когда уменьшается объем занимаемой емкости. Допустим, пар начинаем сжимать, когда он находится под поршнем в равновесии с жидкостью. Температура цилиндра держится в неизменном виде. Сжатие вызовет нарушение равновесия, так как пар по плотности увеличится. Из газообразного состояния в воду перейдет огромное количество молекул, нежели из воды поднимется в пар. Молекулы станут покидать воду в зависимости от температуры. Сжатие пара на это число не влияет. Сам процесс будет длиться до того момента пока не появится равновесие и плотность пара. От объема пара не зависит число молекул при неизменной температуре. По формуле p=nkT давление пара пропорционально молекулам, так что из этого следует, что давление пара от объема, который он занимает, не зависит. Давлением насыщенного пара (p н.п.) называется полное равновесие воды и пара.
Влияние температуры
По одному вычислению можно посмотреть на состояние насыщенного пара, описать его легко одним уравнением, определяющим состояние идеального газа Р (давление) = nкТ. При росте температуры увеличивается давление. Давление насыщенного пара зависит от изменения температурного режима, но не зависит от объема. Если вы проведете эксперимент и найдете зависимость от температуры, она все — равно не будет прямо пропорциональной как допустим у идеального газа. Поднимите температуру и увидите, как давление пара увеличивается и сильно отличается от идеального газа. А все происходит так потому, что нагретая вода в сосуде с плотно закрытой крышкой частично превращается в пар. Берем снова формулу Р = nкТ и видим, что давление насыщенного пара растет не только от температуры, но и при увеличении концентрации молекул или чтобы было понятнее плотности этого пара. Главное увеличение давления происходит при повышении концентрации. Масса пара меняется, если сравнить насыщенный пар и идеальный газ, но это касается только закрытых сосудов и изменения температур. Вода превращается пар, а пар в воду частично, а идеальный газ такому состоянию не подвергается. При испарении жидкости полностью пар не будет насыщенным, а давление продолжит расти.
Смотреть видео фильм «Насыщение воздуха паром»
Немного о кипении…
Процесс кипения – это когда вода переходит из жидкого состояния в газ или пар, процесс происходит по всему объему, например в чайнике по всей снизу вверх по всему объему. Конденсацией считается процесс обратного превращения. Как только температура поднимется, испарение начинает становиться более интенсивным, приводит воду в кипящее состояние. Энергия жидкости расходуется на то, чтобы превратить воду в пар. Кипение вызывает образование пузырьков, которые поднимаются на поверхность, при кипении вода находится в постоянном температурном режиме. Какие условия вызывают кипение? Вода содержит растворенные газы, они появляются на стенках сосуда и во взвешенном состоянии, впоследствии именно они образуют процесс парообразования. Те пары, которые содержит вода, являются насыщенными. Сила выталкивания помогает им всплывать. В верхних слоях температура ниже, поэтому пузырьки представляют собой конденсацию пара. Иногда можно слышать характерные хлопки, которые вызывает изменение давления. При полном прогревании жидкости пузырьки всплывают наверх все. Шум чайника прекращается перед пиком закипания. В данном случае зависимость пара от температуры объясняет, почему кипение зависит от поверхностного давления.
Понятие удельной теплоты парообразования
Вода закипает и поглощает теплоту. Основная теплота тратится на разрыв этих тонких связей, остальное затрачивается на работу, происходящую в момент расширения пара. Увеличивается энергия взаимодействия частиц пара и становится в разы больше, чем между частицами жидкости. Внутренняя энергия пара больше внутренней энергии воды. Теплота рассчитывается по следующей формуле: Q = Lm. Удельная теплота – это необходимое количество теплоты, требующееся на превращение воды в пар при кипении. Удельная теплота обозначается как L и в системе СИ определяется в 1 Дж/ кг.
Наша планета покрыта водой более чем на 80 %, сюда входят все льды, моря, океаны, реки и многое другое. Организм человека тоже не может существовать без воды, в нем происходят такие же процессы как везде, где есть вода. Бинарное соединение относится к неорганическим соединениям и имеет формулу H2O — это молекулярный состав из трех молекул. Три состояния воды встретить может каждый, причем при 0°C оно твердое, и при 100°C появляется пар. Вода исследуется с древнего мира и наука о ней называется гидрологией. Все начиналось с исследования рек, а сейчас известные ученые, сделав много подтвержденных выводов доказали и объяснили множество явлений.
Испарение
Жидким веществам свойственно такое состояние или явление как испарение. Например, капнув на стол разные жидкости, они станут испаряться по-разному, одни испарятся быстро, другие медленно. Испарение и есть понятие парообразования, обратный процесс это конденсация. Переход из одного состояния в другое определяет понятие фазового перехода:
— жидкость, газ – испарение;
— газ, жидкость – конденсация;
— газ, лед – десублимация;
— лед, газ – сублимация.
В атмосфере вода представлена в виде пара, капель и именно от этого зависит влажность. Влажностью называется содержание водяного пара, а его количество Е – упругость. Относительной влажностью называется определенная степень насыщения воздушной массы водяным паром. Разность между упругостью максимальной и фактической определяет дефицит. Есть еще одна точка, именуемая точкой росы (Т 0) – температура при которой происходит насыщение воздуха водяным паром и начало процесса конденсации. С повышением температуры увеличивается содержание водяного пара, точка росы становится высокой.
Испаряясь, водяной пар с поверхности попадает в воздух. Насыщенный воздух не примет в себя много пара пока температура не повысится. Процесс образования росы наблюдается ночью в летний сезон, когда на улице ясно, а когда смеркается, температура понижается, утром появляется роса на листьях деревьев, на траве и на любых поверхностях. Облака появляются при процессе конденсации водяного пара, а высота облаков полностью зависит от влажности воздуха. Облака движутся и как только опускаются за пределы границы конденсации, начинают исчезать. От происхождения облаков зависит форма, которую они примут.
Влажность воздушных масс
Водяные пары в воздухе находятся постоянно, только их количество всегда разное. Количество водяного пара делает воздух сырым либо сухим. Ежедневно в метеопрогнозах озвучивается не только погода, но и влажность, так как эта величина имеет огромное значение в нашей жизни. Относительной влажностью называется величина отношения площади водяного пара к плотности пара насыщенного и выражается в процентах. Измерить влажность можно гигрометром, эти измерительные приборы бывают психрометрическими и волосными. Давление водяного пара сложно измерять, но относительную влажность можно очень просто измерить косвенным методом. Психрометр дает точные измерительные данные. Важно отметить, что для человека опасен сухой воздух и сильная влажность, человек себя чувствует комфортно при влажности 40-60 %. Если очень высокая температура на улице, то лучше, если воздух будет сухим, об этом свидетельствуют пустыни. Такое явление как испарение через кожу при высокой температуре и низкой влажности помогает облегчить работу почек человека, поэтому в медицине врачи советуют больным с болезнями почек поехать в те регионы и страны, где именно такой климат.
