Насыщенный и ненасыщенный пар: зависимость давления

Билет №13. Насыщенный и ненасыщенный пар: зависимость давления насыщенного пара от
температуры, кипение, зависимость температуры кипения от давления, изотерма пара, критическая
температура, критическое состояние вещества, относительная влажность воздуха, точка росы,
гигрометр, психрометр, получение сжиженного газа, его свойства и применение.
Насыщенный пар - это пар находящийся в равновесии со своей жидкостью. Ненасыщенный пар это пар,не находящийся в равновесии со своей жидкостью. Влажность воздуха - это количество
водяных паров в воздухе.
Зависимость давления насыщенного пара от температуры.
Так как в насыщенном паре при возрастании температуры концентрация молекул увеличивается,
а их средняя кинетическая энергия так же возрастает, то давление насыщенного пара с повышением
температуры возрастает быстрее, чем давление идеального газа с постоянной концентрацией молекул.
Кипение. Зависимость температуры кипения от давления.
Процесс испарения, идущий по всему объёму жидкости, называется кипением. Давление
насыщенного водяного пара при кипении равно внешнему давлению на жидкость. При нормальном
давлении кипение воды происходит при 100˚С. Температура кипения зависит от внешнего давления.
При
понижении/повышении
внешнего
давления
температура
кипения
жидкости
понижается/повышается.
Изотерма пара.
График изотермы при критической температуре обозначен на
рисунке 2.26 символом Ткр; его форма существенно отличается от
гиперболы. Штриховая кривая разделяет три фазы. Слева вверху
область соответствует жидкой фазе, справа от кривой и внизу – область
ненасыщенного пара (газа), под штриховой кривой лежит область
ненасыщенного пара над жидкостью (двухфазная среда). Если
изотермически сжимать ненасыщенный пар при температуре ниже
критической, то концентрация молекул возрастает и соответственно давление будет возрастать вплоть
до давления насыщенного пара. При дальнейшем уменьшении объёма на дне сосуда образуется
жидкость и установится динамическое равновесие между насыщенным паром и жидкостью. Давление
насыщенного пара остаётся неизменным, а с уменьшением объёма все большая часть пара переходит в
жидкость. Процесс уменьшения объёма при дальнейшем сжатии прекращается, когда весь газ в сосуде
превращается в жидкость.
Относительная влажность воздуха.
ⱷ=р/р0 * 100%
Отношение давления паров воды р к давлению
насыщенного пара р0 при данной температуре,
выраженное в процентах называется относительной
влажностью воздуха.
Точка росы.
Это температура, при которой пар становится
насыщенным, т.е. р=р0, ⱷ=100%
Гигрометр.
Это прибор, с помощью которого можно определить
точку росы. Он представляет собой металлический сосуд, в
который наливается легко испаряющаяся жидкость,
например эфир. При испарении эфира происходит
охлаждение стенок гигрометра, и при достижении точки
росы на полированной поверхности появляются капли
росы.
Действие гигрометра другого типа, волосного, основано на свойстве обезжиренного
человеческого волоса удлиняться при повышении влажности. В этом приборе натянутый волос
соединён со стрелкой прибора, показывающей по шкале относительную влажность воздуха.
Психрометр.
Это прибор, с помощью которого можно определить
относительную влажность воздуха. Один термометр измеряет
температуру воздуха, а другой- температуру ткани, смоченной
водой. С поверхности влажной ткани происходит испарение
воды, в результате температура влажной ткани понижается.
Сжижение газов имеет техническое и научное значение.
Сжижение воздуха используется в технике для разделения
воздуха на составные части. Метод основан на том, что
различные газы, из которых состоит воздух, кипят при различных
температурах. Наиболее низкие температуры кипения имеют
гелий, неон, азот, аргон. У кислорода температура кипения
несколько выше, чем у аргона. Поэтому сначала испаряется
гелий, неон, азот, а затем аргон, кислород.
Сжиженные газы находят широкое применение в технике.
Азот идёт для получения аммиака и азотных солей,
употребляемых в сельском хозяйстве для удобрения почвы.
Аргон, неон и другие инертные газы используются для
наполнения электрических ламп накаливания, а также
газосветных ламп. Наибольшее применение имеет кислород. В
смеси с ацетиленом или водородом он даёт пламя очень
высокой температуры, применяемое для резки и сварки
металлов. Вдувание кислорода (кислородное дутьё) ускоряет
металлургические процессы. Доставляемый из аптек в подушках кислород действует как
обезболивающее. Особенно важным является применение жидкого кислорода в качестве окислителя
для двигателей космических ракет.
Жидкий водород используется как топливо в космических ракетах. Например, для заправки
американской ракеты «Сатурн – 5» требуется 90т жидкого водорода.
Жидкий аммиак нашёл широкое применение в холодильниках – огромных складах, где хранятся
скоропортящиеся продукты. Охлаждение, возникающее при испарении сжиженных газов, используют в
рефрижераторах при перевозке скоропортящихся продуктов.
Газы, применяемые в промышленности, медицине и т. п., легче перевозить, когда они находятся в
сжиженном состоянии, так как при этом в том же объёме заключается большее количество вещества.