Come sapere se il vapore è saturo o meno. Vapore saturo e insaturo

Durante l'evaporazione, contemporaneamente alla transizione delle molecole dal liquido al vapore, avviene anche il processo inverso. Muovendosi casualmente sulla superficie del liquido, alcune delle molecole che lo hanno lasciato ritornano nuovamente nel liquido.

Pressione di vapore saturo.

Quando il vapore saturo viene compresso, la cui temperatura viene mantenuta costante, l'equilibrio inizierà prima a essere disturbato: la densità del vapore aumenterà e, di conseguenza, più molecole passeranno dal gas al liquido che dal liquido al gas; ciò continuerà finché la concentrazione di vapore nel nuovo volume non diventerà la stessa, corrispondente alla concentrazione di vapore saturo ad una data temperatura (e l'equilibrio verrà ripristinato). Ciò è spiegato dal fatto che il numero di molecole che lasciano il liquido nell'unità di tempo dipende solo dalla temperatura.

Quindi, la concentrazione di molecole di vapore saturo a temperatura costante non dipende dal suo volume.

Poiché la pressione di un gas è proporzionale alla concentrazione delle sue molecole, la pressione del vapore saturo non dipende dal volume che occupa. Pressione p0, in cui il liquido è in equilibrio con il suo vapore viene chiamato pressione del vapore saturo.

Quando il vapore saturo viene compresso, la maggior parte si trasforma in uno stato liquido. Il liquido occupa meno volume del vapore della stessa massa. Di conseguenza, il volume del vapore, mentre la sua densità rimane invariata, diminuisce.

Dipendenza della pressione del vapore saturo dalla temperatura.

Per un gas ideale è vero dipendenza lineare pressione rispetto alla temperatura a volume costante. Applicato al vapore saturo con pressione p0 questa dipendenza è espressa dall’uguaglianza:

p0 =nkT.

Poiché la pressione del vapore saturo non dipende dal volume, dipende quindi solo dalla temperatura.

Dipendenza determinata sperimentalmente p0(T) differisce dalla dipendenza ( p0 =nkT) per un gas ideale.

All’aumentare della temperatura, la pressione del vapore saturo aumenta più velocemente della pressione di un gas ideale (sezione della curva AB nella figura). Ciò diventa particolarmente evidente se tracciamo un'isocore attraverso il punto UN(linea tratteggiata). Ciò accade perché quando un liquido viene riscaldato, parte di esso si trasforma in vapore e la densità del vapore aumenta. Pertanto, secondo la formula ( p0 =nkT), la pressione del vapore saturo aumenta non solo a causa dell'aumento della temperatura del liquido, ma anche per l'aumento della concentrazione delle molecole (densità) del vapore. La principale differenza nel comportamento di un gas ideale e del vapore saturo è la variazione della massa del vapore con una variazione di temperatura a volume costante (in un recipiente chiuso) o con una variazione di volume a temperatura costante. Niente di simile può accadere con un gas ideale (la teoria cinetica molecolare di un gas ideale non prevede la transizione di fase dal gas al liquido).

Dopo che tutto il liquido sarà evaporato, il comportamento del vapore corrisponderà al comportamento di un gas ideale (sezione Sole curva nella figura sopra).

Vapore insaturo.

Se in uno spazio contenente vapore di un liquido può verificarsi un'ulteriore evaporazione di questo liquido, il vapore che si trova in questo spazio lo è insaturo.

Il vapore che non è in equilibrio con il suo liquido è detto insaturo.

Il vapore insaturo può essere convertito in liquido mediante semplice compressione. Una volta iniziata questa trasformazione, il vapore in equilibrio con il liquido si satura.

Come sai, i liquidi evaporano, cioè si trasformano in vapore. Ad esempio, le pozzanghere si seccano dopo la pioggia. L'evaporazione di un liquido è dovuta al fatto che alcune sue molecole, grazie agli urti dei loro “vicini”, acquisiscono energia cinetica sufficiente per fuoriuscire dal liquido.
Come risultato dell'evaporazione, c'è sempre vapore sopra la superficie del liquido. Questo è lo stato gassoso della sostanza. Il vapore acqueo è invisibile, proprio come l’aria. Ciò che viene spesso chiamato vapore è un insieme di minuscole goccioline d'acqua formate dalla condensazione del vapore.

Condensazioneè la trasformazione del vapore in liquido, cioè il processo opposto all'evaporazione. A causa della condensazione del vapore acqueo contenuto nell'aria si formano nuvole (Fig. 44.1) e nebbia (Fig. 44.2). Il vetro freddo si appanna quando entra in contatto con l'aria calda (Fig. 44.3). Questo è anche il risultato della condensazione del vapore acqueo.

Equilibrio dinamico

Se un barattolo d'acqua viene chiuso ermeticamente, il livello dell'acqua al suo interno rimane invariato per molti mesi.

Questo significa che in un contenitore chiuso il liquido non evapora?

No, certo: contiene sempre molecole abbastanza veloci che volano costantemente fuori dal liquido. Tuttavia, la condensazione avviene contemporaneamente all'evaporazione: le molecole del vapore ritornano nel liquido.

Se il livello del liquido non cambia nel tempo significa che i processi di evaporazione e condensazione avvengono con la stessa intensità. In questo caso si dice che liquido e vapore siano in equilibrio dinamico.

2. Vapore saturo e insaturo

Vapore saturo

La Figura 44.4 illustra schematicamente i processi di evaporazione e condensazione in un recipiente ermeticamente chiuso quando liquido e vapore sono in equilibrio dinamico.

Il vapore che è in equilibrio dinamico con il suo liquido è detto saturo.

Vapore insaturo

Se si apre un contenitore con del liquido, il vapore inizierà a fuoriuscire dal contenitore. Di conseguenza, la concentrazione di vapore nella nave diminuirà e le molecole di vapore avranno meno probabilità di entrare in collisione con la superficie del liquido e di volarvi dentro. Pertanto, l'intensità della condensa diminuirà.

Ma l'intensità dell'evaporazione rimane la stessa. Pertanto, il livello del liquido nel recipiente inizierà a diminuire. Se il processo di evaporazione è più veloce del processo di condensazione, si dice che sopra il liquido è presente vapore insaturo (Fig. 44.5).

Nell’aria è sempre presente vapore acqueo, ma solitamente è insaturo, quindi l’evaporazione prevale sulla condensazione. Ecco perché le pozzanghere si seccano.

Sopra la superficie dei mari e degli oceani, anche il vapore è insaturo, quindi evapora gradualmente. Perché il livello dell'acqua non scende?

Il fatto è che il vapore in aumento si raffredda e si condensa, formando nuvole e nuvole. Si trasformano in nuvole di pioggia e piovono. E i fiumi riportano l’acqua nei mari e negli oceani.

3. Dipendenza della pressione del vapore saturo dalla temperatura

La proprietà principale del vapore saturo è questa
La pressione del vapore saturo non dipende dal volume, ma dipende solo dalla temperatura.

Questa proprietà del vapore saturo non è così facile da comprendere perché sembra contraddire l’equazione di stato dei gas ideali

pV = (m/M)RT, (1)

da cui ne consegue che per la massa inferiore di gas a temperatura costante la pressione è inversamente proporzionale al volume. Forse questa equazione non è applicabile al vapore saturo?

La risposta è: l’equazione di stato dei gas ideali descrive bene il vapore, sia saturo che insaturo. Ma la massa del vapore saturo m sul lato destro dell'equazione (1) cambia durante l'espansione o la compressione isotermica - e in modo tale che la pressione del vapore saturo rimane invariata. Perché sta succedendo questo?

Il fatto è che quando cambia il volume di un recipiente, il vapore può rimanere saturo solo se il “suo” liquido si trova nello stesso recipiente. Aumentando isotermicamente il volume della nave, sembriamo “tirare” molecole dal liquido, che diventano molecole di vapore (Fig. 44.6, a).

Questo è il motivo per cui ciò accade. All'aumentare del volume del vapore, la sua concentrazione inizialmente diminuisce, ma per un periodo di tempo molto breve. Non appena il vapore diventa insaturo, l'evaporazione del liquido nello stesso recipiente inizia a “superare” la condensa. Di conseguenza, la massa del vapore aumenta rapidamente fino a diventare nuovamente satura. La pressione del vapore ritornerà quindi allo stesso livello.

1. Utilizzando la Figura 44.6, b, spiegare perché quando il volume del vapore saturo diminuisce, la sua massa diminuisce.

Quindi, quando il vapore saturo si dilata o si contrae, la sua massa cambia a causa di una variazione della massa del liquido contenuto nello stesso recipiente.

La dipendenza della pressione del vapore acqueo saturo dalla temperatura è stata misurata sperimentalmente. Un grafico di questa relazione è mostrato nella Figura 44.7. Vediamo che la pressione del vapore saturo aumenta molto rapidamente con l'aumentare della temperatura.

La ragione principale dell’aumento della pressione del vapore saturo all’aumentare della temperatura è l’aumento della massa del vapore. Come vedrai tu stesso completando il seguente compito, quando la temperatura aumenta da 0 ºС a 100 ºС, la massa di vapore saturo nello stesso volume aumenta di oltre 100 volte!

La tabella mostra i valori della pressione del vapore acqueo saturo a determinate temperature.

Questa tabella ti aiuterà con il compito successivo. Utilizzare anche la formula (1).

2. Un recipiente ermeticamente chiuso con un volume di 10 litri contiene acqua e vapore saturo. La temperatura del contenuto del recipiente viene aumentata da 0 ºС a 100 ºС. Considerare che il volume dell'acqua rispetto al volume del vapore può essere trascurato.
a) Quante volte è aumentata la temperatura assoluta?
b) Quante volte aumenterebbe la pressione del vapore se rimanesse saturo?
c) Quante volte aumenterebbe la massa del vapore se rimanesse saturo?
d) Quale sarebbe la massa finale del vapore se rimanesse saturo?
e) A quale massa minima d'acqua nello stato iniziale il vapore rimarrà saturo?
f) Quale sarà la tensione di vapore nello stato finale se la massa iniziale dell'acqua è 2 volte inferiore a quella trovata nel paragrafo precedente?

3. Cosa aumenta più velocemente con l'aumento della temperatura: la pressione del vapore saturo o la sua densità?
Traccia. La formula (1) può essere scritta come

4. Un recipiente vuoto sigillato ermeticamente con un volume di 20 litri è stato riempito con vapore acqueo saturo ad una temperatura di 100 ºC.
a) Qual è la tensione di vapore?
b) Qual è la massa del vapore?
c) Qual è la concentrazione del vapore?
d) Quale sarà la tensione di vapore una volta raffreddato a 20 ºC?
e) Quali sono le masse del vapore e dell'acqua a 20 ºС?
Traccia. Utilizzare la tabella sopra e la formula (1).

4. Ebollizione

Basandosi sul grafico sopra (Fig. 44 7) e sulla tabella, probabilmente avrai notato che al punto di ebollizione dell'acqua (100 ºС), la pressione del vapore acqueo saturo è esattamente uguale alla pressione atmosferica (linea tratteggiata nel grafico 44.7). È una coincidenza?

No, non a caso. Consideriamo il processo di ebollizione.

Mettiamo l'esperienza
Riscalderemo l'acqua in un recipiente trasparente aperto. Presto appariranno delle bolle sulle pareti della nave. Questo rilascia aria disciolta nell'acqua.

L'acqua inizia ad evaporare all'interno di queste bolle e le bolle si riempiono di vapore saturo. Ma queste bolle non possono crescere finché la pressione del vapore saturo è inferiore alla pressione del liquido. In un recipiente aperto e poco profondo, la pressione nel liquido è quasi uguale alla pressione atmosferica.

Continuiamo a scaldare l'acqua. La pressione del vapore saturo nelle bolle aumenta rapidamente con l'aumentare della temperatura. E non appena raggiungerà la pressione atmosferica, inizierà un'intensa evaporazione del liquido nelle bolle.

Cresceranno rapidamente, si solleveranno e scoppieranno sulla superficie del liquido (Fig. 44.8). Questo sta bollendo.

In un recipiente poco profondo, la pressione nel liquido è quasi uguale alla pressione esterna. Pertanto possiamo dirlo
l'ebollizione di un liquido avviene ad una temperatura alla quale la pressione p n del vapore saturo è uguale alla pressione esterna p esterna:

p n = p est. (2)

Ne consegue che il punto di ebollizione dipende dalla pressione. Pertanto, può essere modificato modificando la pressione del fluido. All'aumentare della pressione aumenta il punto di ebollizione del liquido. Questo viene utilizzato, ad esempio, per sterilizzare gli strumenti medici: l'acqua viene fatta bollire in dispositivi speciali - autoclavi, dove la pressione è 1,5-2 volte superiore alla normale pressione atmosferica.

In alta montagna dove pressione atmosferica significativamente inferiore alla normale temperatura atmosferica, non è facile cuocere la carne: ad esempio, a 5 km di altitudine, l'acqua bolle già ad una temperatura di 83 ºС.

5. Utilizzando la formula (2) e la tabella sopra, determinare il punto di ebollizione dell'acqua:
a) ad una pressione pari ad un quinto della normale pressione atmosferica;
b) ad una pressione 2 volte maggiore della pressione atmosferica.

L'ebollizione dell'acqua a pressione ridotta può essere osservata nel seguente esperimento.

Mettiamo l'esperienza
Portare a ebollizione l'acqua nel pallone e chiudere bene il pallone. Quando l'acqua si sarà leggermente raffreddata, capovolgi il pallone e innaffia il fondo acqua fredda. L'acqua bollirà, sebbene la sua temperatura sia significativamente inferiore a 100 ºС (Fig. 44.9).

6. Spiega questa esperienza.

7. A quale altezza si potrebbe sollevare l'acqua bollente con un pistone se non si raffreddasse?

Domande e compiti aggiuntivi

8. In un recipiente cilindrico sotto il pistone a lungo contiene acqua e vapore acqueo. La massa dell'acqua è 2 volte la massa del vapore. Muovendo lentamente il pistone, il volume sotto il pistone aumenta da 1 litro a 6 litri. La temperatura del contenuto del recipiente rimane sempre pari a 20 ºС. Considerare che il volume dell'acqua è trascurabile rispetto al volume del vapore.
a) Che tipo di vapore c'è inizialmente sotto il pistone?
b) Spiegare perché la pressione nel recipiente non cambierà finché il volume sotto il pistone non sarà pari a 3 litri.
c) Qual è la pressione nel recipiente quando il volume sotto il pistone è di 3 litri?
d) Qual è la massa del vapore nel recipiente quando il volume sotto il pistone è di 3 litri?
Traccia. In questo caso, l'intero volume della nave è riempito con vapore saturo.
e) Quante volte è aumentata la massa del vapore quando il volume sotto il pistone è aumentato da 1 litro a 3 litri?
f) Qual è la massa dell'acqua nello stato iniziale?
Traccia. Approfitta del fatto che nello stato iniziale la massa dell'acqua è 2 volte la massa del vapore.
g) Come cambierà la pressione nel recipiente quando il volume sotto il pistone cambia da 3 l a 6 l?
Traccia. Per il vapore insaturo vale l’equazione di stato del gas ideale a massa costante.
h) Qual è la pressione nel recipiente quando il volume sotto il pistone è di 6 litri?
i) Tracciare un grafico approssimativo della tensione di vapore sotto il pistone in funzione del volume.

9. I due tubi a U sigillati sono stati inclinati come mostrato nella Figura 44.10. Quale tubo contiene solo vapore saturo sopra l'acqua e quale contiene aria con vapore? Motiva la tua risposta.

Biglietto n.1

Vapore saturo.

Se un contenitore con liquido è chiuso ermeticamente, la quantità di liquido prima diminuirà e poi rimarrà costante. A temperatura costante, il sistema liquido-vapore raggiungerà uno stato di equilibrio termico e vi rimarrà per tutto il tempo desiderato. Contemporaneamente al processo di evaporazione avviene anche la condensazione. Entrambi i processi, in media, si compensano a vicenda.

Nel primo momento, dopo che il liquido è stato versato nel recipiente e chiuso, il liquido evaporerà e la densità del vapore sopra di esso aumenterà. Tuttavia, allo stesso tempo, aumenterà il numero di molecole che ritornano nel liquido. Maggiore è la densità del vapore, più numero maggiore le sue molecole ritornano al liquido. Di conseguenza, in un recipiente chiuso a temperatura costante, verrà stabilito un equilibrio dinamico (mobile) tra liquido e vapore, ovvero il numero di molecole che lasciano la superficie del liquido per un certo periodo di tempo sarà in media uguale al numero di molecole di vapore che ritornano al liquido nello stesso tempo.

Il vapore che è in equilibrio dinamico con il suo liquido è chiamato vapore saturo. Questa definizione sottolinea che in un dato volume ad una data temperatura non può esserci Di più paio.

Pressione di vapore saturo.

Cosa accadrà al vapore saturo se si riduce il volume che occupa? Ad esempio, se si comprime il vapore in equilibrio con il liquido in un cilindro sotto un pistone, mantenendo costante la temperatura del contenuto del cilindro.

Quando il vapore viene compresso, l'equilibrio inizierà a essere disturbato. Inizialmente, la densità del vapore aumenterà leggermente e un numero maggiore di molecole inizierà a spostarsi dal gas al liquido che dal liquido al gas. Dopotutto, il numero di molecole che lasciano un liquido nell'unità di tempo dipende solo dalla temperatura e la compressione del vapore non modifica questo numero. Il processo continua finché non si ristabiliscono l'equilibrio dinamico e la densità del vapore, e quindi la concentrazione delle sue molecole riprende i valori precedenti. Di conseguenza, la concentrazione delle molecole di vapore saturo a temperatura costante non dipende dal suo volume.

Poiché la pressione è proporzionale alla concentrazione delle molecole (p=nkT), da questa definizione segue che la pressione del vapore saturo non dipende dal volume che occupa.

Pressione p n.p. La pressione di vapore alla quale il liquido è in equilibrio con il suo vapore è chiamata pressione di vapore saturo.

Dipendenza della pressione del vapore saturo dalla temperatura

Lo stato del vapore saturo, come mostra l'esperienza, è approssimativamente descritto dall'equazione di stato di un gas ideale e la sua pressione è determinata dalla formula

All’aumentare della temperatura, aumenta la pressione. Poiché la pressione del vapore saturo non dipende dal volume, dipende quindi solo dalla temperatura.

Tuttavia, la dipendenza di p.n. da T, riscontrato sperimentalmente, non è direttamente proporzionale, come in un gas ideale a volume costante. All’aumentare della temperatura aumenta la pressione del vapore saturo reale Più veloce

Quando un liquido viene riscaldato in un contenitore chiuso, parte del liquido si trasforma in vapore. Di conseguenza, secondo la formula P = nkT, la pressione del vapore saturo aumenta non solo a causa dell'aumento della temperatura del liquido, ma anche a causa di un aumento della concentrazione di molecole (densità) del vapore. In sostanza l'aumento della pressione all'aumentare della temperatura è determinato proprio dall'aumento della concentrazione.

(La differenza principale nel comportamento di un gas ideale e del vapore saturo è che quando cambia la temperatura del vapore in un recipiente chiuso (o quando cambia il volume a temperatura costante), la massa del vapore cambia. Il liquido gira parzialmente in vapore, o, al contrario, il vapore condensa parzialmente C In un gas ideale non accade nulla di simile.)

Quando tutto il liquido sarà evaporato, il vapore cesserà di essere saturo per ulteriore riscaldamento e la sua pressione a volume costante aumenterà in modo direttamente proporzionale alla temperatura assoluta (vedi Fig., sezione della curva 23).

Bollente.

L'ebollizione è un'intensa transizione di una sostanza dallo stato liquido a quello gassoso, che avviene in tutto il volume del liquido (e non solo dalla sua superficie). (La condensazione è il processo inverso.)

All'aumentare della temperatura del liquido, aumenta la velocità di evaporazione. Alla fine il liquido comincia a bollire. Durante l'ebollizione si formano bolle di vapore in rapida crescita in tutto il volume del liquido, che galleggiano in superficie. Il punto di ebollizione del liquido rimane costante. Ciò accade perché tutta l'energia fornita al liquido viene spesa per trasformarlo in vapore.

In quali condizioni inizia l'ebollizione?

Un liquido contiene sempre gas disciolti, rilasciati sul fondo e sulle pareti del recipiente, nonché sulle particelle di polvere sospese nel liquido, che sono centri di vaporizzazione. I vapori liquidi all'interno delle bolle sono saturi. All’aumentare della temperatura, la pressione del vapore saturo aumenta e le bolle aumentano di dimensione. Sotto l'influenza della forza di galleggiamento galleggiano verso l'alto. Se gli strati superiori del liquido hanno una temperatura inferiore, in questi strati si verifica la condensazione del vapore sotto forma di bolle. La pressione scende rapidamente e le bolle collassano. Il collasso avviene così rapidamente che le pareti della bolla entrano in collisione e producono qualcosa di simile a un'esplosione. Molte di queste microesplosioni creano un rumore caratteristico. Quando il liquido si sarà riscaldato abbastanza, le bolle smetteranno di collassare e galleggeranno in superficie. Il liquido bollirà. Osserva attentamente il bollitore sul fornello. Scoprirai che smetterà quasi di fare rumore prima di bollire.

La dipendenza della pressione del vapore saturo dalla temperatura spiega perché il punto di ebollizione di un liquido dipende dalla pressione sulla sua superficie. Una bolla di vapore può crescere quando la pressione del vapore saturo al suo interno supera leggermente la pressione nel liquido, che è la somma della pressione dell'aria sulla superficie del liquido (pressione esterna) e della pressione idrostatica della colonna di liquido.

L'ebollizione inizia alla temperatura alla quale la pressione del vapore saturo nelle bolle è uguale alla pressione del liquido.

Maggiore è la pressione esterna, maggiore è il punto di ebollizione.

E viceversa, riducendo la pressione esterna, abbassiamo così il punto di ebollizione. Pompando aria e vapore acqueo dal pallone, puoi far bollire l'acqua a temperatura ambiente.

Ogni liquido ha il proprio punto di ebollizione (che rimane costante finché tutto il liquido non è evaporato), che dipende dalla pressione del vapore saturo. Maggiore è la pressione del vapore saturo, minore è il punto di ebollizione del liquido.

Calore specifico di vaporizzazione.

L'ebollizione avviene con l'assorbimento di calore.

La maggior parte del calore fornito viene speso per rompere i legami tra le particelle della sostanza, il resto per il lavoro svolto durante l'espansione del vapore.

Di conseguenza, l'energia di interazione tra le particelle di vapore diventa maggiore di quella tra le particelle liquide, quindi l'energia interna del vapore è maggiore dell'energia interna del liquido alla stessa temperatura.

La quantità di calore necessaria per convertire il liquido in vapore durante il processo di ebollizione può essere calcolata utilizzando la formula:

dove m è la massa del liquido (kg),

L - calore specifico di vaporizzazione (J/kg)

Il calore specifico di vaporizzazione mostra quanto calore è necessario per convertire 1 kg di una determinata sostanza in vapore al punto di ebollizione. Unità calore specifico vaporizzazione nel sistema SI:

[L] = 1J/kg

Umidità dell'aria e sua misurazione.

C'è quasi sempre una certa quantità di vapore acqueo nell'aria intorno a noi. L'umidità dell'aria dipende dalla quantità di vapore acqueo in essa contenuto.

L'aria umida contiene una percentuale maggiore di molecole d'acqua rispetto all'aria secca.

Di grande importanza umidità relativa aria, i cui messaggi risuonano ogni giorno nei bollettini meteorologici.

DI
L'umidità relativa è il rapporto tra la densità del vapore acqueo contenuto nell'aria e la densità del vapore saturo ad una determinata temperatura, espresso in percentuale. (mostra quanto il vapore acqueo nell'aria è vicino alla saturazione)

Punto di rugiada

La secchezza o l'umidità dell'aria dipende da quanto il vapore acqueo è vicino alla saturazione.

Se l'aria umida viene raffreddata, il vapore in essa contenuto può essere portato a saturazione e quindi si condensa.

Un segno che il vapore è saturo è la comparsa delle prime gocce di liquido condensato: rugiada.

La temperatura alla quale il vapore nell'aria si satura è chiamata punto di rugiada.

Il punto di rugiada caratterizza anche l'umidità dell'aria.

Esempi: rugiada che cade al mattino, appannamento del vetro freddo se si respira sopra, formazione di una goccia d'acqua su un tubo dell'acqua fredda, umidità negli scantinati delle case.

Per misurare l'umidità dell'aria vengono utilizzati strumenti di misura: igrometri. Esistono diversi tipi di igrometri, ma i principali sono quelli a capello e psicrometrici. Poiché è difficile misurare direttamente la pressione del vapore acqueo nell'aria, l'umidità relativa viene misurata indirettamente.

È noto che la velocità di evaporazione dipende dall'umidità relativa dell'aria. Minore è l'umidità dell'aria, più facile sarà l'evaporazione dell'umidità.

IN Lo psicrometro ha due termometri. Uno è ordinario, si chiama secco. Misura la temperatura dell'aria ambiente. Il bulbo di un altro termometro viene avvolto in uno stoppino di stoffa e posto in un contenitore pieno d'acqua. Il secondo termometro non mostra la temperatura dell'aria, ma la temperatura dello stoppino umido, da qui il nome termometro umido. Quanto più bassa è l'umidità dell'aria, tanto più intensamente l'umidità evapora dallo stoppino, maggiore è la quantità di calore che viene rimossa dal termometro inumidito per unità di tempo, tanto più basse sono le sue letture, quindi maggiore è la differenza nelle letture del termometro asciutto e inumidito. termometri. saturazione = 100 ° C e caratteristiche specifiche stato ricco liquido e secco ricco paio v"=0,001 v""=1,7 ... bagnato saturato vapore con il grado di secchezza si calcolano le caratteristiche estese del bagnato ricco paio Di...

Analisi dei rischi industriali durante il funzionamento di un sistema di recupero vapori olio durante il drenaggio dalle cisti

Riassunto >> Biologia

Limiti di infiammabilità (in volume). Pressione saturato vapori a T = -38 oC... esposizione radiazione solare, concentrazione saturazione sarà determinato dalla temperatura... dall'esposizione alla radiazione solare o dalla concentrazione saturazione non sarà determinato dalla temperatura...

Prima di rispondere alla domanda posta nel titolo dell’articolo, scopriamo cos’è Steam. Le immagini che la maggior parte delle persone hanno quando sentono questa parola sono: un bollitore o una padella bollente, un bagno turco, una bevanda calda e molte altre immagini simili. In un modo o nell'altro, nelle nostre idee c'è una sostanza liquida e una gassosa che si innalzano sopra la sua superficie. Se ti chiedono di fare un esempio di vapore, ricorderai subito il vapore acqueo, l'alcool, l'etere, la benzina, l'acetone.

C'è un'altra parola per gli stati gassosi: gas. Qui solitamente ricordiamo ossigeno, idrogeno, azoto e altri gas, senza associarli ai corrispondenti liquidi. Inoltre è noto che esistono allo stato liquido. A prima vista, le differenze sono che il vapore corrisponde ai liquidi naturali e i gas devono essere liquefatti in modo speciale. Tuttavia, questo non è del tutto vero. Del resto le immagini che nascono dalla parola vapore non sono vapore. Per dare una risposta più precisa, diamo un’occhiata a come si forma il vapore.

In cosa differisce il vapore dal gas?

Lo stato di aggregazione di una sostanza è determinato dalla temperatura, più precisamente dal rapporto tra l'energia con cui interagiscono le sue molecole e l'energia del loro moto caotico termico. Approssimativamente, possiamo supporre che se l’energia di interazione è significativamente maggiore – stato solido, se l'energia del movimento termico è significativamente maggiore - gassosa, se le energie sono comparabili - liquida.

Si scopre che affinché una molecola si stacchi dal liquido e partecipi alla formazione del vapore, la quantità di energia termica deve essere maggiore dell'energia di interazione. Come può succedere? Velocità media il movimento termico delle molecole è pari a un certo valore a seconda della temperatura. Tuttavia velocità individuali Le molecole sono diverse: la maggior parte di esse ha velocità vicine al valore medio, ma alcune hanno velocità superiori alla media, altre meno.

Le molecole più veloci possono avere energia termica maggiore dell'energia di interazione, il che significa che, una volta sulla superficie di un liquido, sono in grado di staccarsene formando vapore. Questo metodo di vaporizzazione si chiama evaporazione. A causa della stessa distribuzione delle velocità esiste anche il processo opposto: la condensazione: le molecole del vapore passano nel liquido. A proposito, le immagini che di solito sorgono quando si sente la parola vapore non sono vapore, ma il risultato del processo opposto: condensazione. Il vapore non si vede.

In determinate condizioni il vapore può diventare liquido, ma perché ciò avvenga la sua temperatura non deve superare un certo valore. Questo valore è chiamato temperatura critica. Vapore e gas sono stati gassosi che differiscono nella temperatura alla quale esistono. Se la temperatura non supera la temperatura critica è vapore; se la supera è gas. Se si mantiene la temperatura costante e si riduce il volume, il vapore si liquefa, ma il gas non si liquefa.

Cos'è il vapore saturo e insaturo

La stessa parola “saturato” contiene determinate informazioni; è difficile saturare una vasta area di spazio. Ciò significa che per ottenere vapore saturo è necessario limitare lo spazio in cui si trova il liquido. La temperatura deve essere inferiore alla temperatura critica per una determinata sostanza. Ora le molecole evaporate rimangono nello spazio in cui si trova il liquido. Inizialmente, la maggior parte delle transizioni molecolari avverrà dal liquido e la densità del vapore aumenterà. Ciò a sua volta causerà un maggior numero di transizioni inverse delle molecole nel liquido, che aumenterà la velocità del processo di condensazione.

Infine si stabilisce uno stato per il quale il numero medio di molecole che passano da una fase all'altra sarà uguale. Questa condizione è chiamata equilibrio dinamico. Questo stato è caratterizzato dallo stesso cambiamento nell'entità e nella direzione dei tassi di evaporazione e condensazione. Questo stato corrisponde al vapore saturo. Se lo stato di equilibrio dinamico non viene raggiunto, ciò corrisponde a vapore insaturo.

Iniziano lo studio di un oggetto, sempre dal suo modello più semplice. Nella teoria cinetica molecolare, questo è un gas ideale. Le principali semplificazioni qui sono la negligenza del volume proprio delle molecole e dell’energia della loro interazione. Risulta che un tale modello descrive il vapore insaturo in modo abbastanza soddisfacente. Inoltre, quanto meno è saturo, tanto più legittimo è il suo utilizzo. Gas ideale- è un gas; non può diventare né vapore né liquido. Di conseguenza, per il vapore saturo tale modello non è adeguato.

Le principali differenze tra vapore saturo e insaturo

1. Saturato significa che l'oggetto ha il valore più grande valori possibili alcuni parametri. Per una coppia questo è densità e pressione. Questi parametri per il vapore insaturo hanno valori più bassi. Quanto più il vapore è lontano dalla saturazione, tanto minori sono questi valori. Una precisazione: la temperatura di riferimento deve essere costante.
2. Per vapore insaturo: Legge Boyle-Mariotte: se la temperatura e la massa del gas sono costanti, un aumento o una diminuzione del volume provoca una diminuzione o un aumento della pressione della stessa quantità, pressione e volume sono inversamente proporzionali. Dalla densità e pressione massime a temperatura costante ne consegue che sono indipendenti dal volume del vapore saturo risulta che per il vapore saturo pressione e volume sono indipendenti l'uno dall'altro;
3. Per vapore insaturo la densità non dipende dalla temperatura, e se il volume viene mantenuto, il valore della densità non cambia. Per il vapore saturo, pur mantenendo il volume, la densità cambia al variare della temperatura. La dipendenza in questo caso è diretta. Se la temperatura aumenta aumenta anche la densità, se la temperatura diminuisce cambia anche la densità.
4. Se il volume è costante, il vapore insaturo si comporta secondo la legge di Charles: all'aumentare della temperatura, anche la pressione aumenta dello stesso fattore. Questa dipendenza è detta lineare. Per il vapore saturo, all’aumentare della temperatura, la pressione aumenta più velocemente che per il vapore insaturo. La dipendenza è esponenziale.

Riassumendo, possiamo notare differenze significative nelle proprietà degli oggetti confrontati. La differenza principale è che il vapore, in stato di saturazione, non può essere considerato separatamente dal suo liquido. Si tratta di un sistema in due parti al quale non è possibile applicare la maggior parte delle leggi sui gas.

I liquidi tendono ad evaporare. Se lasciassimo cadere una goccia d'acqua, etere e mercurio sul tavolo (ma non fatelo a casa!), potremmo osservare come le gocce gradualmente scompaiono - evaporano. Alcuni liquidi evaporano più velocemente, altri più lentamente. Il processo di evaporazione del liquido è anche chiamato vaporizzazione. E il processo inverso di trasformazione del vapore in liquido è la condensazione.

Questi due processi illustrano transizione di fase- il processo di transizione delle sostanze da una stato di aggregazione ad un altro:

• evaporazione (transizione dallo stato liquido a quello gassoso);
• condensazione (passaggio dallo stato gassoso a quello liquido);
• desublimazione (passaggio dallo stato gassoso allo stato solido, bypassando la fase liquida);
• sublimazione, detta anche sublimazione (transizione dallo stato solido a quello gassoso, bypassando il liquido).

Ora, a proposito, stagione adatta osservare il processo di desublimazione in natura: gelo e brina su alberi e oggetti, motivi gelidi sulle finestre: il suo risultato.

Come si forma il vapore saturo e insaturo

Ma torniamo alla vaporizzazione. Continueremo a sperimentare e versare acqua liquida, ad esempio, in un recipiente aperto e collegare ad esso un manometro. Invisibile agli occhi, l'evaporazione avviene nel recipiente. Tutte le molecole liquide sono in continuo movimento. Alcuni si muovono così velocemente che energia cinetica risulta essere più forte di quello che lega insieme le molecole liquide.

Dopo aver lasciato il liquido, queste molecole continuano a muoversi caoticamente nello spazio, la stragrande maggioranza di esse è dispersa al suo interno: ecco come vapore insaturo. Solo una piccola parte ritorna allo stato liquido.

Se chiudiamo il recipiente, il numero di molecole di vapore aumenterà gradualmente. E sempre più di loro torneranno allo stato liquido. Ciò aumenterà la pressione del vapore. Questo verrà registrato da un manometro collegato alla nave.

Dopo un po ', il numero di molecole che volano fuori dal liquido e vi ritornano sarà uguale. La pressione del vapore smetterà di cambiare. Di conseguenza saturazione del vapore verrà stabilito l’equilibrio termodinamico del sistema liquido-vapore. Cioè, l'evaporazione e la condensazione saranno uguali.

Proprietà del vapore saturo

Per illustrarli chiaramente, utilizziamo un altro esperimento. Usa tutto il potere della tua immaginazione per immaginarlo. Quindi, prendiamo un manometro a mercurio, costituito da due tubi comunicanti a gomito. Entrambi sono pieni di mercurio, un'estremità è aperta, l'altra è sigillata e sopra il mercurio c'è ancora una certa quantità di etere e il suo vapore saturo. Se abbassi e alzi il ginocchio non sigillato, anche il livello di mercurio in quello sigillato diminuirà e aumenterà.

In questo caso, cambierà anche la quantità (volume) del vapore di etere saturo. La differenza nei livelli delle colonne di mercurio in entrambe le gambe del manometro mostra la pressione del vapore saturo dell'etere. Rimarrà invariato per tutto il tempo.

Ciò implica la proprietà del vapore saturo: la sua pressione non dipende dal volume che occupa. La pressione del vapore saturo di liquidi diversi (acqua ed etere, ad esempio) è diversa alla stessa temperatura.

Tuttavia, la temperatura del vapore saturo è importante. Maggiore è la temperatura, maggiore è la pressione. La pressione del vapore saturo aumenta con l'aumentare della temperatura più velocemente di quanto non faccia con il vapore insaturo. La temperatura e la pressione del vapore insaturo sono correlate linearmente.

Si può fare un altro esperimento interessante. Prendere un pallone vuoto senza vapore liquido, chiuderlo e collegare il manometro. Aggiungere gradualmente, goccia a goccia, il liquido nel pallone. Man mano che il liquido entra ed evapora, si stabilisce la pressione di vapore saturo, la più alta per un dato liquido ad una data temperatura.

Maggiori informazioni sulla temperatura e sul vapore saturo

Anche la temperatura del vapore influisce sulla velocità di condensazione. Proprio come la temperatura di un liquido determina la velocità di evaporazione, in altre parole il numero di molecole che fuoriescono dalla superficie del liquido nell'unità di tempo.

Per il vapore saturo, la sua temperatura è uguale alla temperatura del liquido. Maggiore è la temperatura del vapore saturo, maggiore è la sua pressione e densità, minore è la densità del liquido. Quando viene raggiunta la temperatura critica per una sostanza, la densità del liquido e del vapore è la stessa. Se la temperatura del vapore è superiore alla temperatura critica per la sostanza, le differenze fisiche tra il liquido e il vapore saturo vengono annullate.

Determinazione della pressione di vapore saturo in una miscela con altri gas

Abbiamo parlato del fatto che la pressione del vapore saturo è costante a una temperatura costante. Abbiamo determinato la pressione in condizioni “ideali”: quando un recipiente o un pallone contiene liquido e vapore di una sola sostanza. Consideriamo anche un esperimento in cui le molecole di una sostanza vengono disperse nello spazio in una miscela con altri gas.

Per fare questo, prendi due cilindri di vetro aperti e posiziona in entrambi i contenitori chiusi con etere. Come al solito colleghiamo i manometri. Apriamo un recipiente con etere, dopodiché il manometro registra l'aumento della pressione. La differenza tra questa pressione e la pressione in una bombola con un vaso chiuso di etere ci consente di scoprire la pressione del vapore saturo di etere.

A proposito di pressione e ebollizione

L'evaporazione è possibile non solo dalla superficie del liquido, ma anche nel suo volume, quindi si chiama ebollizione. All'aumentare della temperatura del liquido si formano bolle di vapore. Quando la pressione del vapore saturo è maggiore o uguale alla pressione del gas nelle bolle, il liquido evapora nelle bolle. E si espandono e salgono in superficie.

I liquidi bollono a temperature diverse. In condizioni normali, l'acqua bolle a 100 0 C. Ma con un cambiamento nella pressione atmosferica, cambia anche il punto di ebollizione. Quindi in montagna, dove l'aria è molto rarefatta e la pressione atmosferica è più bassa, man mano che si sale in montagna il punto di ebollizione dell'acqua diminuisce.

A proposito, è assolutamente impossibile bollire in un recipiente ermeticamente chiuso.

Un altro esempio della relazione tra tensione di vapore ed evaporazione è dimostrato da una caratteristica del contenuto di vapore acqueo nell'aria come umidità relativa dell'aria. È il rapporto tra la pressione parziale del vapore acqueo e la pressione del vapore saturo ed è determinato dalla formula: φ = r/r o * 100%.

Quando la temperatura dell'aria diminuisce, la concentrazione di vapore acqueo al suo interno aumenta, ad es. diventano più saturi. Questa temperatura è chiamata punto di rugiada.

Riassumiamo

Usando semplici esempi, abbiamo analizzato l'essenza del processo di evaporazione e il vapore insaturo e saturo formatosi di conseguenza. Puoi osservare tutti questi fenomeni intorno a te ogni giorno: ad esempio, vedi le pozzanghere che si seccano per le strade dopo la pioggia o uno specchio appannato dal vapore in bagno. Nel bagno si può anche osservare come avviene prima la formazione del vapore e poi l'umidità accumulata sullo specchio si condensa nuovamente in acqua.

Puoi anche usare questa conoscenza per rendere la tua vita più confortevole. Ad esempio, in inverno l'aria in molti appartamenti è molto secca e questo ha un effetto negativo sul benessere. Puoi utilizzare un moderno umidificatore per renderlo più umido. Oppure, alla vecchia maniera, posizionare nella stanza un contenitore pieno d'acqua: evaporando gradualmente, l'acqua saturerà l'aria con i suoi vapori.

sito web, quando si copia il materiale in tutto o in parte, è richiesto un collegamento alla fonte.