Теми на кодификатора USE: наситени и ненаситени пари, влажност на въздуха.
Ако оставите отворена чаша вода за дълго време, тогава в крайна сметка водата ще се изпари напълно. По-точно ще се изпари. Какво е изпарение и защо се случва?
Изпаряване и кондензация
При дадена температура течните молекули имат различни скорости. Скоростите на повечето молекули са близки до определена средна стойност (характерна за тази температура). Но има молекули, чиито скорости се различават значително от средните както в долната, така и в по-високата посока.
На фиг. 1 е показана приблизителна графика на разпределението на скоростите на течните молекули. Синият фон показва по-голямата част от молекулите, чиито скорости са групирани около средната стойност. Червената "опашка" на графиката е малък брой "бързи" молекули, чиито скорости значително надвишават средната скорост на по-голямата част от течните молекули.
Ориз. 1. Скоростно разпределение на молекулите
Когато такава много бърза молекула е на свободната повърхност на течността (т.е. на границата между течността и въздуха), кинетичната енергия на тази молекула може да бъде достатъчна, за да преодолее силите на привличане на останалите молекули и да излети от течност. Този процес е изпаряване, и молекулите, които са напуснали течността, се образуват пара.
Така, изпарението е процесът на превръщане на течност в пара, който се случва на свободната повърхност на течността(при специални условия, превръщането на течността в пара може да се случи в целия обем на течността. Този процес ви е добре познат - това кипене).
Може да се случи след известно време молекулата на парата да се върне обратно в течността.
Процесът на преход на молекулите на парата в течност се нарича кондензация.... Кондензацията на пара е обратният процес на изпаряване на течността.
Динамичен баланс
И какво ще стане, ако съдът с течността е херметически затворен? Плътността на парите над повърхността на течността ще започне да се увеличава; Парните частици все повече предотвратяват излитането на други течни молекули и скоростта на изпаряване ще намалее. В същото време скоростта на кондензация ще започне да се увеличава, тъй като с увеличаване на концентрацията на парите, броят на молекулите, които се връщат в течността, ще става все повече и повече.
И накрая, в един момент скоростта на кондензация ще бъде равна на скоростта на изпаряване. Ще дойде динамичен балансмежду течност и пара: за единица време същият брой молекули ще излитат от течността, както се връщат към нея от парата. От този момент нататък количеството течност ще престане да намалява, а количеството пара ще престане да се увеличава; парата ще достигне "насищане".
Наситената пара е пара, която е в динамично равновесие с течността си. Парата, която не е достигнала състояние на динамично равновесие с течността, се нарича ненаситена.
Налягането и плътността на наситената пара се обозначават с и. Очевидно и са максималното налягане и плътност, които парата може да има при дадена температура. С други думи, налягането и плътността на наситената пара винаги надвишават налягането и плътността на ненаситената пара.
Свойства на наситена пара
Оказва се, че състоянието на наситена пара (и ненаситена - още повече) може да се опише приблизително с уравнението на състоянието на идеалния газ (уравнението на Менделеев - Клапейрон). По-специално, имаме приблизителна връзка между налягането на наситените пари и неговата плътност:
(1)
Това е много изненадващ факт, потвърден от експеримент. Наистина, по отношение на свойствата си наситената пара се различава значително от идеалния газ. Нека изброим най-важните от тези разлики.
1. При постоянна температура плътността на наситената пара не зависи от нейния обем.
Ако например наситената пара е изотермично компресирана, тогава нейната плътност в първия момент ще се увеличи, скоростта на кондензация ще надвиши скоростта на изпарение и част от парата ще кондензира в течност, докато отново настъпи динамично равновесие, при което плътността на парата ще се върне към предишната си стойност ...
По същия начин, при изотермично разширение на наситената пара, нейната плътност в първия момент ще намалее (парите ще станат ненаситени), скоростта на изпаряване ще надвиши скоростта на кондензация и течността допълнително ще се изпари, докато се установи отново динамично равновесие, т.е. докато парата се насити отново със същата плътност.
2. Налягането на наситената пара не зависи от нейния обем.
Това следва от факта, че плътността на наситената пара не зависи от обема, а налягането е недвусмислено свързано с плътността чрез уравнение (1).
Както виждаш, Законът на Бойл - Мариот, който е валиден за идеални газове, не важи за наситена пара... Това не е изненадващо - в края на краищата то е получено от уравнението на Менделеев-Клапейрон при предположението, че масата на газа остава постоянна.
3. При постоянен обем плътността на наситената пара се увеличава с повишаване на температурата и намалява с понижаване на температурата..
Всъщност с повишаване на температурата скоростта на изпаряване на течността се увеличава.
Динамичното равновесие в първия момент се нарушава и се получава допълнително изпаряване на част от течността. Двойката ще продължи да расте, докато динамичното равновесие се възстанови отново.
По същия начин, с понижаване на температурата, скоростта на изпаряване на течността става по-бавна и част от парата се кондензира, докато се възстанови динамичното равновесие - но с по-малко количество пара.
По този начин, по време на изохорно нагряване или охлаждане на наситена пара, нейната маса се променя, така че законът на Чарлз не работи в този случай. Зависимостта на налягането на наситената пара от температурата вече няма да бъде линейна функция.
4. Налягането на наситените пари нараства с температурата по-бързо, отколкото линейно.
Наистина, с повишаване на температурата, плътността на наситената пара се увеличава и според уравнение (1) налягането е пропорционално на произведението на плътността и температурата.
Зависимостта на налягането на наситените пари от температурата е експоненциална (фиг. 2). Представен е с раздел 1-2 от графиката. Тази зависимост не може да бъде изведена от законите на идеалния газ.
Ориз. 2. Зависимост на налягането на парата от температурата
В точка 2 цялата течност се изпарява; при по-нататъшно повишаване на температурата парата става ненаситена и налягането й нараства линейно според закона на Чарлз (раздел 2–3).
Припомнете си, че линейното увеличение на налягането на идеалния газ се причинява от увеличаване на интензивността на ударите на молекулите срещу стените на съда. Когато наситената пара се нагрява, молекулите започват да бият не само по-силно, но и по-често - в края на краищата парата става по-голяма. Едновременното действие на тези два фактора е отговорно за експоненциалното повишаване на налягането на наситените пари.
Влажност на въздуха
Абсолютна влажносте парциалното налягане на водната пара във въздуха (т.е. налягането, което водната пара би упражнила сама, в отсъствието на други газове). Понякога абсолютната влажност се нарича още плътност на водната пара във въздуха.
Относителна влажносте съотношението на парциалното налягане на водната пара в него към налягането на наситената водна пара при същата температура. По правило това съотношение се изразява като процент:
От уравнението на Менделеев-Клапейрон (1) следва, че съотношението на наляганията на парите е равно на съотношението на плътностите. Тъй като самото уравнение (1), припомняме, описва наситените пари само приблизително, имаме приблизително отношение:
Един от инструментите за измерване на влажността на въздуха е психрометър... Включва два термометъра, резервоарът на единия от които е увит в мокра кърпа. Колкото по-ниска е влажността, толкова по-интензивно е изпаряването на водата от тъканта, толкова повече се охлажда резервоарът на "мокрия" термометър и толкова по-голяма е разликата между показанията му и показанията на сухия термометър. Въз основа на тази разлика влажността на въздуха се определя с помощта на специална психрометрична таблица.
Течностите са склонни да се изпаряват. Ако капнем капка вода, етер и живак върху масата (само не го правете у дома!), можехме да наблюдаваме как капките постепенно изчезват - изпаряват се. Някои течности се изпаряват по-бързо, други по-бавно. Процесът на изпаряване на течност се нарича още изпаряване. А обратният процес на превръщане на парата в течност е кондензация.
Тези два процеса илюстрират фазов преход- процесът на преминаване на вещества от едно агрегатно състояние в друго:
- изпарение (преход от течно в газообразно състояние);
- кондензация (преход от газообразно състояние в течно);
- десублимация (преход от газообразно състояние в твърдо, заобикаляйки течната фаза);
- сублимация, тя също е сублимация (преход от твърдо в газообразно състояние, заобикаляйки течността).
Сега, между другото, е подходящият сезон да наблюдавате процеса на десублимация в природата: скреж и скреж по дърветата и предметите, мразовитите шарки по прозорците - неговият резултат.
Как се образува наситена и ненаситена пара
Но обратно към изпаряването. Ще продължим да експериментираме и ще излеем течност - вода, например, в отворен съд, и ще свържем с него манометър. Невидимо за окото, в съда се случва изпаряване. Всички течни молекули са в непрекъснато движение. Някои се движат толкова бързо, че кинетичната им енергия е по-силна от тази, която свързва течните молекули заедно.
След като напуснаха течността, тези молекули продължават да се движат хаотично в пространството, по-голямата част от тях се разпръскват в него - ето как ненаситена пара... Само малка част от тях се връща обратно в течността.
Ако затворим съда, молекулите на парите постепенно ще стават все повече и повече. И все повече и повече от тях ще се връщат в течността. Това ще увеличи налягането на парите. Това ще фиксира манометъра, свързан към съда.
След известно време броят на молекулите, които излизат от течността и се връщат в нея, ще бъде равен. Налягането на парата ще спре да се променя. Като резултат насищане с параще бъде установено термодинамичното равновесие на системата течност-пара. Тоест, изпарението и кондензацията ще бъдат равни.
Свойства на наситена пара
За да ги илюстрираме ясно, ще използваме още един експеримент. Призовайте цялата сила на въображението си, за да го представите. И така, нека вземем живачен манометър, състоящ се от две колена - комуникационни тръби. И в двете се излива живак, единият край е отворен, другият е запечатан, а над живака все още има известно количество етер и наситените му пари в него. Ако спуснете и повдигнете незапечатаното коляно, нивото на живак в запечатаното също ще се повиши и спадне.
В този случай количеството (обемът) на наситените пари на етера също ще се промени. Разликата в нивата на живачните колони в двата крака на манометъра показва налягането на наситените пари на етера. Тя ще остане непроменена през цялото време.
Това предполага свойството на наситената пара - налягането й не зависи от обема, който заема. Налягането на наситените пари на различните течности (вода и етер, например) е различно при една и съща температура.
Температурата на наситената пара обаче има значение. Колкото по-висока е температурата, толкова по-високо е налягането. Налягането на наситената пара се повишава по-бързо с повишаване на температурата, отколкото при ненаситената пара. Температурата и налягането на ненаситената пара са линейно свързани.
Може да се проведе още един интересен експеримент. Вземете празна колба без течни пари, затворете я и свържете манометър. Постепенно, капка по капка, добавете течност към вътрешността на колбата. При навлизането и изпаряването на течността се установява налягането на наситените пари, което е най-високото за дадена течност при дадена температура.
Повече за температурата и наситената пара
Температурата на парата също влияе върху скоростта на кондензация. Точно както температурата на течността определя скоростта на изпаряване - с други думи броя на молекулите, които излитат от повърхността на течността за единица време.
За наситена пара нейната температура е равна на температурата на течността. Колкото по-висока е температурата на наситената пара, толкова по-висока е нейното налягане и плътност, толкова по-ниска е плътността на течността. Когато се достигне критичната за дадено вещество температура, плътността на течността и парата е еднаква. Ако температурата на парата е по-висока от критичната температура за веществото, физическите разлики между течна и наситена пара изчезват.
Определяне на налягането на наситена пара, смесена с други газове
Казахме, че налягането на наситените пари остава непроменено при постоянна температура. Определихме налягането при „идеални“ условия: когато в съд или колба има течност и пара само от едно вещество. Нека разгледаме и експеримент, при който молекулите на веществото се разпръскват в пространството в смес с други газове.
За да направите това, вземете два отворени стъклени цилиндъра и ги поставете в двата затворени съда с етер. Както обикновено, ще свържем манометрите. Отваряме един съд с етер, след което манометърът отчита повишаването на налягането. Разликата между това налягане и налягането в цилиндъра със затворен съд с етер ви позволява да разберете налягането на наситените пари на етера.
Относно налягането и кипенето
Изпаряването е възможно не само от повърхността на течността, но и в нейния обем - тогава се нарича кипене. С повишаване на температурата на течността се образуват парни мехурчета. Когато налягането на наситената пара е по-голямо или равно на налягането на газа в мехурчетата, течността се изпарява вътре в мехурчетата. И те се разширяват и се издигат на повърхността.
Течностите кипят при различни температури. При нормални условия водата кипи при 100 0 С. Но с промяна на атмосферното налягане се променя и точката на кипене. Така че в планините, където въздухът е много разреден и атмосферното налягане е по-ниско, точката на кипене на водата също намалява с изкачването на планините.
Между другото, кипенето изобщо е невъзможно в херметически затворен съд.
Друг пример за връзката между налягането на парите и изпарението се демонстрира от такава характеристика на съдържанието на водни пари във въздуха като относителната влажност на въздуха. Това е съотношението на парциалното налягане на водната пара към налягането на наситената пара и се определя по формулата: φ = p / p около * 100%.
С понижаване на температурата на въздуха концентрацията на водна пара в него се увеличава, т.е. те стават по-богати. Тази температура се нарича точка на оросяване.
Нека обобщим
С помощта на прости примери анализирахме същността на процеса на изпаряване и получената ненаситена и наситена пара. Можете да наблюдавате всички тези явления всеки ден около вас: например да видите локви, които изсъхват след дъжд по улиците или огледало в банята, замъглено от пара. В банята можете дори да наблюдавате как първо настъпва изпаряване, а след това влагата, натрупана върху огледалото, кондензира обратно във водата.
Можете също да използвате това знание, за да направите живота си по-удобен. Например през зимата в много апартаменти въздухът е много сух и това се отразява зле на благосъстоянието. Можете да използвате модерен овлажнител, за да го направите по-влажен. Или, по старомоден начин, поставете съд с вода в стаята: постепенно изпарявайки се, водата ще насити въздуха с изпаренията си.
сайт, с пълно или частично копиране на материала е необходима връзка към източника.
Процесите на изпарение и кондензация са непрекъснати и успоредни един на друг.
В отворен съд количеството течност намалява с времето, т.к изпарението преобладава над кондензацията.
Парата, която е над повърхността на течността, когато изпарението преобладава над кондензацията, или парата в отсъствието на течност, се нарича ненаситени.
В херметически затворен съд нивото на течността не се променя с времето, т.к изпарението и кондензацията се компенсират взаимно: колко молекули излитат от течността, същият брой от тях се връщат към нея по едно и също време, настъпва динамично (подвижно) равновесие между парата и нейната течност.
Парата, която е в динамично равновесие с течността си, се нарича наситен.
При дадена температура наситената пара на всяка течност има най-висока плътност ( ) и създава максимално налягане ( ), което може да има парата на тази течност при тази температура.
Налягането и плътността на наситените пари при същата температура зависят от вида на веществото: повече налягане създава наситена пара от тази течност, която се изпарява по-бързо.Например и
Свойства на ненаситените пари:Ненаситените пари се подчиняват на газовите закони на Бойл - Мариот, Гей-Люсак, Чарлз; към тях може да се приложи уравнението на състоянието на идеалния газ.
Свойства на наситени пари:1. При постоянен обем с повишаване на температурата налягането на наситената пара се увеличава, но не правопропорционално (законът на Чарлз не е изпълнен), налягането расте по-бързо от това на идеалния газ. , с повишаване на температурата ( ) , масата на парите се увеличава и следователно концентрацията на парните молекули () се увеличава и налягането на наситените пари се увеличава по две причини (
3 1 - ненаситена пара (идеален газ);
2 2 - наситена пара; 3 - ненаситена пара,
1 получени от наситена пара в същата
Обем при нагряване.
2. Налягането на наситената пара при постоянна температура не зависи от обема, който заема.
С увеличаване на обема на парата масата на парата се увеличава и масата на течността намалява (част от течността се превръща в пара), с намаляване на обема на парата тя става по-малка и течността става по-голям (част от парата се превръща в течност), плътността и концентрацията на молекулите на наситените пари остават постоянни, следователно и налягането остава постоянно ().
течност
(насищам пара + течност)
Ненаситен. пара
Наситените пари не се подчиняват на газовите закони на Бойл - Мариот, Гей-Люсак, Шарл, т.к. масата на парата в процесите не остава постоянна и всички газови закони се получават за постоянна маса. Уравнението на състоянието на идеалния газ може да се приложи към наситена пара.
Така, наситената пара може да се превърне в ненаситена пара, или чрез нагряване при постоянен обем, или чрез увеличаване на обема при постоянна температура. Ненаситената пара може да се превърне в наситена пара или чрез охлаждане при постоянен обем или чрез компресиране при постоянна температура.
Критично състояние
Наличието на свободна повърхност в течността дава възможност да се посочи къде е течната фаза на веществото и къде е газообразната. Рязката разлика между течност и нейните пари се обяснява с факта, че плътността на течността е многократно по-голяма от тази на парата. Ако течността се нагрява в херметически затворен съд, тогава поради разширяване нейната плътност ще намалее, а плътността на парата над нея ще се увеличи. Това означава, че разликата между течността и нейната наситена пара се изглажда и при достатъчно висока температура изчезва напълно. Температурата, при която разликите във физичните свойства между течността и нейната наситена пара изчезват и плътността им става еднаква, се наричакритична температура.
Критична точка
За образуването на течност от газ средната потенциална енергия на привличане на молекулите трябва да надвишава тяхната средна кинетична енергия.
Критична температура – максималната температура, при която парата се превръща в течност.Критичната температура зависи от потенциалната енергия на взаимодействие на молекулите и следователно е различна за различните газове. Поради силното взаимодействие на водните молекули, водната пара може да се превърне във вода дори при температури. В същото време втечняването на азот се извършва само при температура по-ниска от = -147˚, т.к. азотните молекули взаимодействат слабо помежду си.
Друг макроскопичен параметър, влияещ на прехода пара-течност, е налягането. С увеличаване на външното налягане по време на компресия на газ средното разстояние между частиците намалява, силата на привличане между тях се увеличава и съответно средната потенциална енергия на тяхното взаимодействие.
наляганенаситена пара при критичната си температура се нарича критичен... Това е възможно най-високото налягане на наситените пари на дадено вещество.
Състояние на материята с критични параметри се нарича критичен(критична точка) . Всяко вещество има своя собствена критична температура и налягане.
В критичното състояние специфичната топлина на изпаряване и коефициентът на повърхностно напрежение на течността изчезват. При температури над критичните, дори при много високи налягания, превръщането на газ в течност е невъзможно, т.е. над критичната температура течността не може да съществува. При свръхкритични температури е възможно само парно състояние на материята.
Втечняването на газове е възможно само при температури под критичната. За втечняване газовете се охлаждат до критична температура, например по време на адиабатно разширение, и след това се компресират изотермично.
Кипене
Външно явлението изглежда така:бързо нарастващите мехурчета се издигат от целия обем на течността към повърхността, те се спукват на повърхността и парата се отделя в околната среда.
MKT обяснява кипенето по следния начин:в течност винаги има въздушни мехурчета, в които се изпарява от течността. Затвореният обем от мехурчета е изпълнен не само с въздух, но и с наситена пара. Налягането на наситените пари в тях, когато течността се нагрява, расте по-бързо от налягането на въздуха. Когато в достатъчно загрята течност налягането на наситените пари в мехурчетата стане по-голямо от външното налягане, те се увеличават по обем и силата на плаваемост, която надвишава тяхната гравитация, издига мехурчетата на повърхността. Плаващите мехурчета започват да се пукат, когато при определена температура налягането на наситените пари в тях надвиши налягането над течността. Температурата на течността, при която налягането на нейната наситена пара в мехурчетата е равно или надвишава външното налягане върху течността, се нарича точка на кипене.
Точката на кипене на различните течности е различнаот налягането на наситените пари в техните мехурчета се сравнява със същото външно налягане при различни температури. Например, налягането на наситените пари в мехурчетата е равно на нормалното атмосферно налягане за вода при 100˚C, за живак при 357˚C, за алкохол при 78˚C, за етер при 35˚C.
Точката на кипене по време на кипене остава постоянна,от цялата топлина, която се подава към нагрятата течност, се изразходва за изпаряване.
Точката на кипене зависи от външното налягане върху течността: с увеличаване на налягането температурата се повишава; с намаляване на налягането температурата намалява.Например, на височина от 5 км над морското равнище, където налягането е 2 пъти по-ниско от атмосферното налягане, точката на кипене на водата е 83˚C, в котли на парни двигатели, където налягането на парата е 15 атм. (), температурата на водата е около 200˚С.
Влажност на въздуха
Във въздуха винаги има водна пара, така че можем да говорим за влажност на въздуха, която се характеризира със следните стойности:
1.Абсолютна влажностДали плътността на водната пара във въздуха (или налягането, което тази пара създава (.
Абсолютната влажност не дава представа за степента на насищане на въздуха с водна пара. Едно и също количество водна пара при различни температури създава различно усещане за влага.
2.Относителна влажносте съотношението на плътността (налягането) на водната пара, съдържаща се във въздуха при дадена температура, към плътността (налягането) на наситената пара при същата температура :
или
- абсолютна влажност при дадена температура; - плътност, налягане на наситена пара при същата температура. Плътността и налягането на наситената водна пара при всяка температура могат да бъдат намерени в таблицата. Таблицата показва, че колкото по-висока е температурата на въздуха, толкова по-висока трябва да бъде плътността и налягането на водната пара във въздуха, за да бъде наситен.
Познавайки относителната влажност, може да се разбере колко процента водна пара във въздуха при дадена температура е далеч от насищане. Ако парата във въздуха е наситена, тогава. Ако , тогава няма достатъчно пара във въздуха, докато не се насити.
Фактът, че парата във въздуха става наситена, се съди по появата на влага под формата на мъгла, роса. Температурата, при която водната пара във въздуха се насища се нарича Точка на оросяване.
Парата във въздуха може да се насити чрез добавяне на пара поради допълнително изпаряване на течността без промяна на температурата на въздуха или чрез понижаване на температурата му с наличното количество пара във въздуха.
Нормалната относителна влажност, най-благоприятна за човека, е 40 - 60%. Познаването на влажността в метеорологията е от съществено значение за прогнозиране на времето. При тъкане, сладкарско производство е необходима определена влажност за нормалното протичане на процеса. Съхраняването на произведения на изкуството и книги изисква поддържане на влажността на въздуха на необходимото ниво.
Уреди за определяне на влажността:
1. Кондензационен хигрометър (позволява да определите точката на оросяване).
2. Хигрометър за коса (на базата на зависимостта на дължината на обезмаслената коса от съдържанието на влага) измерва относителната влажност в проценти.
3. Психрометърът се състои от два сухи и влажни термометъра. Резервоарът на овлажнения термометър се увива в кърпа, потопена във вода. Поради изпаряването от тъканта температурата на мокрото е по-ниска от тази на сухата. Разликата в показанията на термометъра зависи от влажността на околния въздух: колкото по-сух е въздухът, толкова по-интензивно е изпарението от тъканта, толкова по-голяма е разликата в показанията на термометъра и обратно. Ако влажността на въздуха е 100%, тогава показанията на термометъра са еднакви, т.е. разлика в показанията 0. За определяне на влажността с психрометър се използва психрометрична таблица.
Топене и кристализация
При топенена твърдо вещество, разстоянието между частиците, които образуват кристалната решетка, се увеличава и настъпва разрушаването на самата решетка. Процесът на топене изисква разход на енергия. При нагряване на твърдо вещество се увеличава кинетичната енергия на вибриращите молекули и съответно амплитудата на техните вибрации. При определена температура, наречена точка на топене,редът в подреждането на частиците в кристалите се нарушава, кристалите губят формата си. Веществото се топи, преминавайки от твърдо състояние в течно състояние.
По време на кристализацияима конвергенция на молекули, които образуват кристална решетка. Кристализация може да настъпи само когато течността откаже енергия. Тъй като разтопеното вещество се охлажда, средната кинетична енергия и скорост на молекулите намаляват. Силите на гравитацията могат да задържат частици около тяхното равновесно положение. При определена температура, наречена температура на втвърдяване (кристализация),всички молекули се намират в положение на стабилно равновесие, подреждането им става подредено - образува се кристал.
Топенето на твърдо вещество става при същата температура, при която това вещество се втвърдява
Всяко вещество има своя собствена точка на топене. Например, точката на топене за хелия е -269,6˚С, за живака -38,9˚С, за медта 1083˚С.
По време на процеса на топене температурата остава постоянна. Количеството топлина, подадено отвън, отива за разрушаване на кристалната решетка.
По време на процеса на втвърдяване, въпреки че топлината се отстранява, температурата не се променя. Освободената по време на кристализация енергия се изразходва за поддържане на постоянна температура.
Докато цялото вещество се разтопи или цялото вещество се втвърди, т.е. докато твърдата и течната фаза на веществото съществуват едновременно, температурата не се променя.
Телевизор + течност течност + тв
,
къде е количеството топлина, 
- количеството топлина, необходимо за стопяване на вещество, отделено при кристализация на вещество с маса от
- специфична топлина на топене– количеството топлина, необходимо за стопяване на вещество с тегло 1 kg при температурата на топене.
Какво количество топлина се изразходва, когато определена маса от вещество се стопи, същото количество топлина се отделя при кристализацията на тази маса.
Също наричан специфична топлина на кристализация.
При точката на топене вътрешната енергия на вещество в течно състояние е по-голяма от вътрешната енергия на същата маса на вещество в твърдо състояние.
За голям брой вещества обемът се увеличава по време на топенето, а плътността намалява. Напротив, когато се втвърди, обемът намалява и плътността се увеличава. Например, кристали от твърд нафталин потъват в течен нафталин.
Някои вещества, например бисмут, лед, галий, чугун и др., се свиват при разтопяване и се разширяват при втвърдяване. Тези отклонения от общото правило се обясняват със структурните особености на кристалните решетки. Следователно водата се оказва по-плътна от леда, ледът плува във водата. Разширяването на водата по време на замръзване води до разрушаване на скалите.
Промяната в обема на металите по време на топене и втвърдяване е от съществено значение в леярството.
Опитът показва това промяната на външното налягане върху твърдо вещество се отразява в точката на топене на това вещество... За тези вещества, които се разширяват по време на топене, увеличаването на външното налягане води до повишаване на температурата на топене, т.к. усложнява процеса на топене. Ако веществата се компресират по време на топене, тогава за тях увеличаването на външното налягане води до намаляване на температурата на топене, т.к. подпомага процеса на топене. Само много голямо увеличение на налягането променя забележимо точката на топене. Например, за да намалите точката на топене на леда с 1˚C, налягането трябва да се увеличи със 130 атм. Точката на топене на вещество при нормално атмосферно налягане се нарича точка на топене на веществото.
Билет номер 1
Наситена пара.
Ако съдът с течност е плътно затворен, тогава първоначално количеството течност ще намалее, а след това ще остане постоянно. При постоянна температура системата течност-пара ще дойде в състояние на топлинно равновесие и ще остане в нея за произволно дълго време. Едновременно с процеса на изпаряване възниква и кондензация, като и двата процеса средно се компенсират взаимно.
В първия момент, след като течността се излее в съда и се затвори, течността ще се изпари и плътността на парата над нея ще се увеличи. Въпреки това, в същото време броят на молекулите, които се връщат в течността, също ще се увеличи. Колкото по-висока е плътността на парата, толкова по-голям е броят на нейните молекули, които се връщат в течността. В резултат на това в затворен съд при постоянна температура ще се установи динамично (подвижно) равновесие между течност и пара, т.е. броят на молекулите, напускащи повърхността на течността за определен период от време, ще бъде равен на средно, до броя на молекулите на парите, които се връщат в течността през същото време.
Парата в динамично равновесие с течността се нарича наситена пара. Това определение подчертава, че даден обем при дадена температура не може да съдържа повече пара.
Налягане на наситена пара.
Какво се случва с наситената пара, ако обемът, който заема, се намали?Например, ако компресирате парата в равновесие с течността в цилиндъра под буталото, поддържайки температурата на съдържанието на цилиндъра постоянна.
Когато парата се компресира, равновесието ще започне да се нарушава. Плътността на парата в първия момент ще се увеличи леко и повече молекули ще започнат да се движат от газ в течност, отколкото от течност в газ. В края на краищата броят на молекулите, напускащи течността за единица време, зависи само от температурата, а компресията на парите не променя този брой. Процесът продължава до възстановяване на динамичното равновесие и плътността на парите, което означава, че концентрацията на неговите молекули няма да приеме предишните си стойности. Следователно концентрацията на молекулите на наситената пара при постоянна температура не зависи от нейния обем.
Тъй като налягането е пропорционално на концентрацията на молекулите (p = nkT), от това определение следва, че налягането на наситените пари не зависи от обема, който заема.
Налягане p n.p. пара, в която течността е в равновесие с нейната пара, се нарича налягане на наситената пара.
Зависимост на налягането на наситената пара от температурата
Състоянието на наситената пара, както показва опитът, се описва приблизително с уравнението на състоянието на идеалния газ, а неговото налягане се определя по формулата
С повишаване на температурата налягането се повишава. Тъй като налягането на наситените пари не зависи от обема, то следователно зависи само от температурата.
Въпреки това, зависимостта на p n.p. от T, установено експериментално, не е право пропорционално, както при идеален газ при постоянен обем. С повишаване на температурата налягането на истинската наситена пара се увеличава по-бързоотколкото налягането на идеалния газ (фиг. участък на крива 12). Защо се случва това?
Когато течност се нагрява в затворен съд, част от течността се превръща в пара. В резултат на това, съгласно формулата P = nkT, налягането на наситените пари се увеличава не само поради повишаване на температурата на течността, но същопоради увеличаване на концентрацията на молекули (плътност) на парите. По принцип повишаването на налягането с повишаване на температурата се определя точно от увеличаването на концентрацията.
(Основната разлика в поведението на идеалния газ и наситената пара е, че когато температурата на парата в затворен съд се промени (или когато обемът се променя при постоянна температура), масата на парата се променя. Течността частично се обръща в пара или, напротив, парата частично кондензира C Нищо подобно не се случва с идеален газ.)
Когато цялата течност се изпари, парата при по-нататъшно нагряване ще престане да бъде наситена и нейното налягане при постоянен обем ще се увеличи право пропорционално на абсолютната температура (виж Фиг., Разрез на крива 23).
Кипене.
Кипенето е интензивен преход на вещество от течно в газообразно състояние, което се случва в целия обем на течността (а не само от нейната повърхност). (Кондензацията е обратният процес.)
С повишаване на температурата на течността скоростта на изпаряване се увеличава. Накрая течността започва да кипи. При кипене в целия обем на течността се образуват бързо нарастващи парни мехурчета, които изплуват на повърхността. Точката на кипене на течността остава постоянна. Това е така, защото цялата енергия, подадена на течността, се изразходва за превръщането й в пара.
При какви условия започва кипенето?
Течността винаги съдържа разтворени газове, отделяни на дъното и стените на съда, както и прахови частици, суспендирани в течността, които са центрове на изпаряване. Парите на течността вътре в мехурчетата са наситени. С повишаване на температурата налягането на наситените пари се увеличава и мехурчетата се увеличават по размер. Под действието на силата на плаваемост те плуват нагоре. Ако горните слоеве на течността имат по-ниска температура, тогава в тези слоеве настъпва кондензация на пари в мехурчета. Налягането пада бързо и мехурчетата се срутват. Сривът настъпва толкова бързо, че стените на балона, сблъсквайки се, произвеждат нещо като експлозия. Много от тези микроексплозии създават характерен шум. Когато течността се затопли достатъчно, мехурчетата ще спрат да се срутват и ще изплуват на повърхността. Течността ще заври. Обърнете специално внимание на чайника на печката. Ще откриете, че почти спира да вдига шум, 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 расте, когато налягането на наситената пара вътре в него леко надвиши налягането в течността, което е сумата от налягането на въздуха върху повърхността на течността (външно налягане) и хидростатичното налягане на течния стълб.
Кипенето започва при температура, при която налягането на наситената пара в мехурчетата е равно на налягането в течността.
Колкото по-високо е външното налягане, толкова по-висока е точката на кипене.
Обратно, като намаляваме външното налягане, по този начин понижаваме точката на кипене. Чрез изпомпване на въздух и водна пара от колбата, можете да накарате водата да заври при стайна температура.
Всяка течност има своя собствена точка на кипене (която остава постоянна, докато цялата течност се изпари), която зависи от налягането на наситените й пари. Колкото по-високо е налягането на наситените пари, толкова по-ниска е точката на кипене на течността.
Специфична топлина на изпаряване.
Кипенето протича с поглъщане на топлина.
По-голямата част от подадената топлина се изразходва за разрушаване на връзките между частиците на веществото, останалата част - за работата, извършена по време на разширяването на парата.
В резултат на това енергията на взаимодействието между парните частици става по-голяма, отколкото между течните частици, така че вътрешната енергия на парата е по-голяма от вътрешната енергия на течността при същата температура.
Количеството топлина, необходимо за превръщане на течност в пара по време на кипене, може да се изчисли по формулата:
където m е масата на течността (kg),
L - специфична топлина на изпаряване (J / kg)
Специфичната топлина на изпаряване показва колко топлина е необходима, за да се превърне 1 kg от дадено вещество в пара при точката на кипене. SI единица за специфична топлина на изпаряване:
[L] = 1 J/kg
Влажност на въздуха и нейното измерване.
Почти винаги във въздуха около нас има известно количество водна пара. Влажността на въздуха зависи от количеството водна пара, съдържаща се в него.
Суровият въздух съдържа по-висок процент водни молекули от сухия въздух.
От голямо значение е относителната влажност на въздуха, която се отчита всеки ден в прогнозите за времето.
Относителната влажност е съотношението на плътността на водната пара във въздуха към плътността на наситената пара при дадена температура, изразено в проценти. (показва колко близо е водната пара във въздуха до насищане)
Точка на оросяване
Сухотата или влажността на въздуха зависи от това колко близо са водните му пари до насищане.
Ако влажният въздух се охлади, тогава парата в него може да бъде доведена до насищане и след това ще кондензира.
Знак, че парата е наситена е появата на първите капки кондензирана течност - роса.
Температурата, при която парата във въздуха става наситена, се нарича точка на оросяване.
Точката на оросяване също характеризира влажността на въздуха.
Примери: падане на роса сутрин, замъгляване на студено стъкло, ако дишате върху него, образуване на капка вода върху тръба за студена вода, влага в мазетата на къщите.
Измервателни уреди - влагомери се използват за измерване на влажността на въздуха. Има няколко вида хигрометри, но основните са: косми и психрометрични. Тъй като е трудно да се измери директно налягането на водните пари във въздуха, относителната влажност на въздуха се измерва индиректно.
Известно е, че скоростта на изпарение зависи от относителната влажност на въздуха. Колкото по-ниска е влажността на въздуха, толкова по-лесно се изпарява влагата..
Психрометърът има два термометъра. Едната е обикновена, нарича се суха. Измерва температурата на околния въздух. Колбата на друг термометър се увива с фитил от плат и се спуска в съд с вода. Вторият термометър не показва температурата на въздуха, а температурата на мокрия фитил, откъдето идва и името мокър термометър. Колкото по-ниска е влажността на въздуха, толкова по-интензивно се изпарява влагата от фитила, толкова повече топлина за единица време се отстранява от влажния термометър, толкова по-малко са показанията му, следователно, толкова по-голяма е разликата между показанията на сухия и влажния термометър. Насищане = 100 ° C и специфични характеристики на състоянието наситентечна и суха наситен двойка v "= 0,001 v" "= 1,7 ... мокро наситен парасъс степен на сухота Изчислете екстензивните характеристики на мокро наситен двойкаНа...
Анализ на промишлените опасности по време на работа на системата за улавяне изпарениямасло при дрениране от кисти
Резюме >> БиологияГраници на запалимост (по обем). налягане наситен изпаренияпри T = -38 ° C ... излагане на слънчева радиация, концентрация насищанеще се определя нито от температурата ... излагането на слънчева радиация, концентрацията насищаненяма да се определя от нито една температура...
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Изпаряванее процесът на превръщане на течност в пара.
В течност (или твърдо вещество) при всяка температура има определен брой "бързи" молекули, чиято кинетична енергия е по-голяма от потенциалната енергия на тяхното взаимодействие с останалите частици на веществото. Ако такива молекули се окажат близо до повърхността, тогава те могат да преодолеят привличането на други молекули и да излетят от течността, образувайки пара над нея. Изпаряването на твърдите вещества също често се нарича сублимация или сублимация.
Изпаряването става при всяка температура, при която дадено вещество може да бъде в течно или твърдо състояние. Скоростта на изпаряване обаче зависи от температурата. С повишаване на температурата броят на "бързите" молекули се увеличава и следователно скоростта на изпаряване се увеличава. Скоростта на изпаряване също зависи от площта на свободната повърхност на течността и вида на веществото. Така, например, водата, излята в чинийка, ще се изпари по-бързо от водата, излята в чаша. Алкохолът се изпарява по-бързо от водата и т.н.
Кондензация
Количеството течност в отворен съд непрекъснато намалява поради изпаряване. Но това не се случва в плътно затворен съд. Това се обяснява с факта, че противоположният процес протича едновременно с изпаряване в течност (или твърдо вещество). Молекулите на парата се движат хаотично над течността, така че някои от тях, под влияние на привличането на молекули на свободната повърхност, падат обратно в течността. Процесът на превръщане на парата в течност се нарича кондензация. Процесът на превръщане на парата в твърдо вещество обикновено се нарича кристализация от пара.
След като излеем течност в съда и го затворим плътно, течността ще започне да се изпарява и плътността на парата над свободната повърхност на течността ще се увеличи. Въпреки това, в същото време броят на молекулите, които се връщат обратно в течността, ще се увеличи. В отворен съд ситуацията е различна: молекулите, които са напуснали течността, може да не се върнат в течността. В затворен съд с течение на времето се установява равновесно състояние: броят на молекулите, напускащи повърхността на течността, става равен на броя на молекулите на парата, които се връщат в течността. Това състояние се нарича състояние на динамично равновесие(Фиг. 1). В състояние на динамично равновесие между течност и пара, както изпарението, така и кондензацията се случват едновременно и двата процеса взаимно се отменят.
Фиг. 1. Флуид в динамично равновесие
Наситена и ненаситена пара
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Наситена парае пара, която е в състояние на динамично равновесие с течността си.
Името "наситен" подчертава, че даден обем при дадена температура не може да съдържа повече пара. Наситената пара има максимална плътност при дадена температура и следователно упражнява максимален натиск върху стените на съда.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Ненаситена пара- пара, която не е достигнала състояние на динамично равновесие.
В различните течности насищането на парите настъпва при различна плътност, което се дължи на разликата в молекулярната структура, т.е. разликата в силите на междумолекулното взаимодействие. В течности, в които силите на взаимодействие на молекулите са големи (например в живак), състоянието на динамично равновесие се постига при ниска плътност на парите, тъй като броят на молекулите, които могат да напуснат повърхността на течността, е малък. Напротив, в летливи течности с малки сили на привличане на молекулите, при същите температури значителен брой молекули излитат от течността и се постига насищане с пара при висока плътност. Примери за такива течности са етанол, етер и др.
Тъй като интензивността на процеса на кондензация на пара е пропорционална на концентрацията на молекулите на парата, а интензивността на процеса на изпаряване зависи само от температурата и нараства рязко с нейния растеж, концентрацията на молекулите в наситените пари зависи само от температурата на течността . Така налягането на наситената пара зависи само от температурата и не зависи от обема.Освен това с повишаване на температурата концентрацията на молекулите на наситените пари и следователно плътността и налягането на наситените пари нарастват бързо. Специфичните зависимости на налягането и плътността на наситената пара от температурата са различни за различните вещества и могат да бъдат намерени от справочните таблици. Оказва се, че наситената пара, като правило, се описва добре от уравнението на Клиперон-Менделеев. Въпреки това, когато се компресира или нагрява, масата на наситената пара се променя.
Ненаситената пара се подчинява на закона за идеалния газ с разумна степен на точност.
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
| Упражнение | В затворен съд с вместимост 0,5 литра при температура водната пара и капка вода са в равновесие. Определете масата на водната пара в съда. |
| Решение | При температура налягането на наситената пара е равно на атмосферното, следователно Pa. Нека напишем уравнението на Менделеев-Клапейрон:
откъдето намираме масата на водната пара: Моларната маса на водната пара се определя по същия начин като моларната маса на водата. Нека преобразуваме единиците в системата SI: обемът на съда, температурата на парата. Да изчислим: |
| Отговор | Масата на водната пара в съда е 0,3 g. |
ПРИМЕР 2
| Упражнение | В съд с обем 1 литър водата, водната пара и азотът са в равновесие при температура. Обемът на течната вода е много по-малък от обема на съда. Налягането в съда е 300 kPa, атмосферното налягане е 100 kPa. Намерете общото количество вещество в газообразно състояние. Какво е парциалното налягане на азота в системата? Каква е масата на водната пара? Каква е масата на азота? |
| Решение | Нека напишем уравнението на Менделеев-Клапейрон за газова смес от водна пара + азот: откъде намираме общото количество вещество в газообразно състояние: Универсална газова константа. Нека преобразуваме мерните единици в системата SI: обемът на съда, налягането в съда, температурата. Да изчислим:
Според закона на Далтон налягането в съда е равно на сумата от парциалните налягания на водната пара и азота: откъдето е парциалното налягане на азота: Следователно при температура налягането на наситените пари е равно на атмосферното. |
