Kā noteikt, vai tvaiks ir piesātināts vai nē. Piesātināts un nepiesātināts tvaiks

Iztvaikošanas laikā, vienlaikus ar molekulu pāreju no šķidruma uz tvaiku, notiek arī apgrieztais process. Nejauši pārvietojoties pa šķidruma virsmu, dažas molekulas, kas to atstāja, atkal atgriežas šķidrumā.

Piesātināta tvaika spiediens.

Saspiežot piesātinātus tvaikus, kuru temperatūra tiek uzturēta nemainīga, vispirms sāks izjaukt līdzsvaru: palielināsies tvaika blīvums, un rezultātā no gāzes uz šķidrumu pāries vairāk molekulu nekā no šķidruma uz gāzi; tas turpināsies, līdz tvaiku koncentrācija jaunajā tilpumā kļūst tāda pati, kas atbilst piesātināto tvaiku koncentrācijai noteiktā temperatūrā (un tiek atjaunots līdzsvars). Tas izskaidrojams ar to, ka no šķidruma izejošo molekulu skaits laika vienībā ir atkarīgs tikai no temperatūras.

Tātad piesātināta tvaika molekulu koncentrācija nemainīgā temperatūrā nav atkarīga no tā tilpuma.

Tā kā gāzes spiediens ir proporcionāls tās molekulu koncentrācijai, piesātināto tvaiku spiediens nav atkarīgs no tā aizņemtā tilpuma. Spiediens 0. lpp, kurā šķidrums ir līdzsvarā ar tā tvaikiem, sauc piesātināta tvaika spiediens.

Kad piesātinātie tvaiki tiek saspiesti, lielākā daļa no tiem pārvēršas šķidrā stāvoklī. Šķidrums aizņem mazāku tilpumu nekā tādas pašas masas tvaiki. Tā rezultātā tvaika tilpums, kamēr tā blīvums paliek nemainīgs, samazinās.

Piesātināta tvaika spiediena atkarība no temperatūras.

Ideālai gāzei tā ir taisnība lineārā atkarība spiediens pret temperatūru nemainīgā tilpumā. Kā piemērots piesātinātam tvaikam ar spiedienu 0. lppšo atkarību izsaka ar vienādību:

p 0 =nkT.

Tā kā piesātināta tvaika spiediens nav atkarīgs no tilpuma, tas ir atkarīgs tikai no temperatūras.

Eksperimentāli noteikta atkarība p0(T) atšķiras no atkarības ( p 0 =nkT) ideālai gāzei.

Paaugstinoties temperatūrai, piesātināto tvaiku spiediens palielinās ātrāk nekā ideālās gāzes spiediens (līknes sadaļa AB uz attēla). Tas kļūst īpaši acīmredzams, ja caur punktu novelkam izohoru A(Pārtrauktā līnija). Tas notiek tāpēc, ka, karsējot šķidrumu, daļa no tā pārvēršas tvaikā, un tvaika blīvums palielinās. Tāpēc saskaņā ar formulu ( p 0 =nkT), piesātinātā tvaika spiediens palielinās ne tikai šķidruma temperatūras paaugstināšanās rezultātā, bet arī tvaika molekulu koncentrācijas (blīvuma) palielināšanās dēļ. Galvenā ideālās gāzes un piesātināta tvaika uzvedības atšķirība ir tvaika masas izmaiņas, mainoties temperatūrai nemainīgā tilpumā (slēgtā traukā) vai mainoties tilpumam nemainīgā temperatūrā. Nekas tamlīdzīgs nevar notikt ar ideālu gāzi (ideālas gāzes molekulāri kinētiskā teorija neparedz gāzes fāzu pāreju šķidrumā).

Pēc tam, kad viss šķidrums ir iztvaikojis, tvaiku darbība atbildīs ideālas gāzes uzvedībai (sadaļa Sv līkne attēlā iepriekš).

Nepiesātināts tvaiks.

Ja telpā, kurā ir šķidruma tvaiki, var notikt tālāka šī šķidruma iztvaikošana, tad šajā telpā esošie tvaiki ir nepiesātināts.

Tvaikus, kas nav līdzsvarā ar šķidrumu, sauc par nepiesātinātiem.

Nepiesātinātos tvaikus var pārvērst šķidrumā, vienkārši saspiežot. Kad šī transformācija ir sākusies, tvaiki, kas ir līdzsvarā ar šķidrumu, kļūst piesātināti.

Kā zināms, šķidrumi iztvaiko, tas ir, pārvēršas tvaikos. Piemēram, peļķes izžūst pēc lietus. Šķidruma iztvaikošana ir saistīta ar faktu, ka dažas tā molekulas, pateicoties “kaimiņu” triecieniem, iegūst kinētisko enerģiju, kas ir pietiekama, lai izkļūtu no šķidruma.
Iztvaikošanas rezultātā virs šķidruma virsmas vienmēr atrodas tvaiki. Tas ir vielas gāzveida stāvoklis. Ūdens tvaiki ir neredzami, tāpat kā gaiss. Tas, ko bieži sauc par tvaiku, ir sīku ūdens pilienu kopums, kas veidojas tvaika kondensācijas rezultātā.

Kondensāts ir tvaika pārvēršana šķidrumā, tas ir, process, kas ir pretējs iztvaikošanas procesam. Gaisā esošo ūdens tvaiku kondensācijas dēļ veidojas mākoņi (44.1. att.) un migla (44.2. att.). Aukstais stikls, saskaroties ar siltu gaisu, aizsvīst (44.3. att.). Tas ir arī ūdens tvaiku kondensācijas rezultāts.

Dinamiskais līdzsvars

Ja ūdens burka ir cieši noslēgta, ūdens līmenis tajā saglabājas nemainīgs daudzus mēnešus.

Vai tas nozīmē, ka slēgtā traukā šķidrums neiztvaiko?

Nē, protams: tajā vienmēr ir diezgan ātras molekulas, kas pastāvīgi izlido no šķidruma. Tomēr kondensācija notiek vienlaikus ar iztvaikošanu: molekulas no tvaiku lido atpakaļ šķidrumā.

Ja šķidruma līmenis laika gaitā nemainās, tas nozīmē, ka iztvaikošanas un kondensācijas procesi notiek ar tādu pašu intensitāti. Šajā gadījumā tiek uzskatīts, ka šķidrums un tvaiki atrodas dinamiskā līdzsvarā.

2. Piesātināts un nepiesātināts tvaiks

Piesātināts tvaiks

44.4. attēlā shematiski attēloti iztvaikošanas un kondensācijas procesi cieši noslēgtā traukā, kad šķidrums un tvaiki atrodas dinamiskā līdzsvarā.

Tvaikus, kas atrodas dinamiskā līdzsvarā ar šķidrumu, sauc par piesātinātu.

Nepiesātināts tvaiks

Ja tiek atvērts trauks ar šķidrumu, tvaiki sāks izplūst no trauka uz ārpusi. Rezultātā tvaika koncentrācija traukā samazināsies, un tvaiku molekulām būs mazāka iespēja sadurties ar šķidruma virsmu un ielidot tajā. Tāpēc kondensācijas intensitāte samazināsies.

Bet iztvaikošanas intensitāte paliek nemainīga. Tāpēc šķidruma līmenis traukā sāks samazināties. Ja iztvaikošanas process ir ātrāks par kondensācijas procesu, saka, ka virs šķidruma atrodas nepiesātināts tvaiks (44.5. att.).

Gaisā vienmēr ir ūdens tvaiki, taču tie parasti ir nepiesātināti, tāpēc iztvaikošana dominē pār kondensāciju. Tāpēc peļķes izžūst.

Virs jūru un okeānu virsmas arī tvaiki ir nepiesātināti, tāpēc tie pamazām iztvaiko. Kāpēc ūdens līmenis nepazeminās?

Fakts ir tāds, ka augošais tvaiks atdziest un kondensējas, veidojot mākoņus un mākoņus. Tie pārvēršas lietus mākoņos un līst. Un upes nes ūdeni atpakaļ uz jūrām un okeāniem.

3. Piesātināta tvaika spiediena atkarība no temperatūras

Piesātinātā tvaika galvenā īpašība ir tā
Piesātināta tvaika spiediens nav atkarīgs no tilpuma, bet ir atkarīgs tikai no temperatūras.

Šo piesātinātā tvaika īpašību nav tik viegli saprast, jo šķiet, ka tā ir pretrunā ar ideālās gāzes stāvokļa vienādojumu.

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

no kā izriet, ka gāzes apakšējai masai nemainīgā temperatūrā spiediens ir apgriezti proporcionāls tilpumam. Varbūt šis vienādojums nav piemērojams piesātinātam tvaikam?

Atbilde ir: ideālās gāzes stāvokļa vienādojums labi apraksta gan piesātinātu, gan nepiesātinātu tvaiku. Bet piesātinātā tvaika masa m vienādojuma (1) labajā pusē mainās izotermiskās izplešanās vai saspiešanas laikā - un tā, ka piesātinātā tvaika spiediens paliek nemainīgs. Kāpēc tas notiek?

Fakts ir tāds, ka, mainoties trauka tilpumam, tvaiks var palikt piesātināts tikai tad, ja “tā” šķidrums atrodas tajā pašā traukā. Izotermiski palielinot trauka tilpumu, mēs it kā “izvelkam” no šķidruma molekulas, kas kļūst par tvaiku molekulām (44.6. att., a).

Tāpēc tas notiek. Palielinoties tvaika tilpumam, tā koncentrācija sākotnēji samazinās – bet ļoti īsu laika periodu. Tiklīdz tvaiks kļūst nepiesātināts, šķidruma iztvaikošana tajā pašā traukā sāk “apsteigt” kondensāciju. Tā rezultātā tvaiku masa strauji palielinās, līdz tā atkal kļūst piesātināta. Pēc tam tvaika spiediens atgriezīsies tajā pašā līmenī.

1. Izmantojot 44.6., b attēlu, paskaidrojiet, kāpēc, samazinoties piesātinātā tvaika tilpumam, tā masa samazinās.

Tātad, kad piesātināts tvaiks izplešas vai saraujas, tā masa mainās, mainoties tajā pašā traukā esošā šķidruma masai.

Eksperimentāli tika mērīta piesātināta ūdens tvaika spiediena atkarība no temperatūras. Šīs attiecības grafiks ir parādīts 44.7. attēlā. Mēs redzam, ka piesātinātā tvaika spiediens ļoti ātri palielinās, palielinoties temperatūrai.

Galvenais iemesls piesātināta tvaika spiediena pieaugumam, palielinoties temperatūrai, ir tvaika masas palielināšanās. Kā jūs pats redzēsit, izpildot šādu uzdevumu, kad temperatūra paaugstinās no 0 ºС līdz 100 ºС, piesātinātā tvaika masa tajā pašā tilpumā palielinās vairāk nekā 100 reizes!

Tabulā ir parādītas piesātināta ūdens tvaika spiediena vērtības noteiktās temperatūrās.

Šī tabula palīdzēs jums veikt nākamo uzdevumu. Izmantojiet arī formulu (1).

2. Hermētiski noslēgtā traukā ar tilpumu 10 litri ir ūdens un piesātināts tvaiks. Tvertnes satura temperatūra tiek palielināta no 0 ºС līdz 100 ºС. Apsveriet, ka ūdens tilpumu salīdzinājumā ar tvaika daudzumu var neņemt vērā.
a) Cik reizes paaugstinājās absolūtā temperatūra?
b) Cik reizes palielinātos tvaika spiediens, ja tas paliktu piesātināts?
c) Cik reizes palielinātos tvaika masa, ja tā paliktu piesātināta?
d) Kāda būtu tvaika galīgā masa, ja tas paliktu piesātināts?
e) Pie kādas minimālās ūdens masas sākotnējā stāvoklī tvaiki paliks piesātināti?
f) Kāds būs tvaika spiediens gala stāvoklī, ja ūdens sākotnējā masa ir 2 reizes mazāka nekā iepriekšējā punktā?

3. Kas, palielinoties temperatūrai, palielinās ātrāk – piesātināta tvaika spiediens vai tā blīvums?
Padoms. Formulu (1) var uzrakstīt kā

4. Tukšs hermētiski noslēgts trauks ar tilpumu 20 litri tika piepildīts ar piesātinātu ūdens tvaiku 100 ºC temperatūrā.
a) Kāds ir tvaika spiediens?
b) Kāda ir tvaika masa?
c) Kāda ir tvaiku koncentrācija?
d) Kāds būs tvaika spiediens, kad tas atdziest līdz 20 ºC?
e) Kādas ir tvaika un ūdens masas 20 ºС?
Padoms. Izmantojiet augstāk esošo tabulu un formulu (1).

4. Vārīšana

Pamatojoties uz iepriekš minēto grafiku (44. 7. att.) un tabulu, jūs, iespējams, pamanījāt, ka ūdens viršanas temperatūrā (100 ºС) piesātināta ūdens tvaiku spiediens ir precīzi vienāds ar atmosfēras spiedienu (punktēta līnija 44.7. diagrammā). Vai tā ir sakritība?

Nē, ne nejauši. Apskatīsim vārīšanas procesu.

Liekam pieredzi
Mēs sildīsim ūdeni atvērtā caurspīdīgā traukā. Drīz uz kuģa sienām parādīsies burbuļi. Tas atbrīvo ūdenī izšķīdušo gaisu.

Šajos burbuļos sāk iztvaikot ūdens, un burbuļi ir piepildīti ar piesātinātu tvaiku. Bet šie burbuļi nevar augt, kamēr piesātinātā tvaika spiediens ir mazāks par spiedienu šķidrumā. Atvērtā, seklā traukā spiediens šķidrumā ir gandrīz vienāds ar atmosfēras spiedienu.

Turpinām sildīt ūdeni. Piesātinātā tvaika spiediens burbuļos strauji palielinās, palielinoties temperatūrai. Un, tiklīdz tas kļūst vienāds ar atmosfēras spiedienu, sāksies intensīva šķidruma iztvaikošana burbuļos.

Tie ātri pieaugs, pacelsies un pārsprāgs uz šķidruma virsmas (44.8. att.). Tas vārās.

Seklā traukā spiediens šķidrumā ir gandrīz vienāds ar ārējo spiedienu. Tāpēc mēs to varam teikt
Šķidruma vārīšanās notiek temperatūrā, kurā piesātināto tvaiku spiediens p n ir vienāds ar ārējo spiedienu p ārējais:

p n = p ext. (2)

No tā izriet, ka viršanas temperatūra ir atkarīga no spiediena. Tāpēc to var mainīt, mainot šķidruma spiedienu. Palielinoties spiedienam, palielinās šķidruma viršanas temperatūra. To izmanto, piemēram, medicīnisko instrumentu sterilizēšanai: ūdeni vāra speciālās ierīcēs – autoklāvos, kur spiediens ir 1,5-2 reizes lielāks par normālo atmosfēras spiedienu.

Augstu kalnos kur Atmosfēras spiediens ievērojami zemāka par parasto atmosfēras temperatūru, nav viegli pagatavot gaļu: piemēram, 5 km augstumā ūdens jau vārās 83 ºС temperatūrā.

5. Izmantojot formulu (2) un augstāk esošo tabulu, nosakiet ūdens viršanas temperatūru:
a) pie spiediena, kas vienāds ar vienu piektdaļu no parastā atmosfēras spiediena;
b) pie spiediena, kas 2 reizes lielāks par atmosfēras spiedienu.

Ūdens viršanu pazeminātā spiedienā var novērot nākamajā eksperimentā.

Liekam pieredzi
Uzkarsē ūdeni kolbā līdz vārīšanās temperatūrai un cieši aizver kolbu. Kad ūdens ir nedaudz atdzisis, apgrieziet kolbu otrādi un apūdeņojiet dibenu auksts ūdens. Ūdens vārīsies, lai gan tā temperatūra ir ievērojami zemāka par 100 ºС (44.9. att.).

6. Izskaidrojiet šo pieredzi.

7. Uz kādu augstumu verdošu ūdeni varētu pacelt ar virzuli, ja tas neatdziest?

Papildus jautājumi un uzdevumi

8. Cilindriskā traukā zem virzuļa ilgu laiku satur ūdeni un ūdens tvaikus. Ūdens masa ir 2 reizes lielāka par tvaika masu. Lēnām kustinot virzuli, tilpums zem virzuļa tiek palielināts no 1 litra līdz 6 litriem. Tvertnes satura temperatūra visu laiku saglabājas 20 ºС. Apsveriet, ka ūdens tilpums ir niecīgs salīdzinājumā ar tvaika tilpumu.
a) Kāds tvaiks ir zem virzuļa sākumā?
b) Paskaidrojiet, kāpēc spiediens traukā nemainīsies, līdz tilpums zem virzuļa nesasniegs 3 litrus.
c) Kāds ir spiediens traukā, ja tilpums zem virzuļa ir 3 litri?
d) Kāda ir tvaika masa traukā, ja tilpums zem virzuļa ir 3 litri?
Padoms. Šajā gadījumā viss trauka tilpums ir piepildīts ar piesātinātu tvaiku.
e) Cik reizes palielinājās tvaika masa, kad tilpums zem virzuļa palielinājās no 1 litra līdz 3 litriem?
f) Kāda ir ūdens masa sākotnējā stāvoklī?
Padoms. Izmantojiet to, ka sākotnējā stāvoklī ūdens masa ir 2 reizes lielāka par tvaika masu.
g) Kā mainīsies spiediens traukā, kad tilpums zem virzuļa mainīsies no 3 l uz 6 l?
Padoms. Nepiesātinātam tvaikam ir spēkā ideālas gāzes stāvokļa vienādojums ar nemainīgu masu.
h) Kāds ir spiediens traukā, ja tilpums zem virzuļa ir 6 litri?
i) Uzzīmējiet aptuvenu tvaika spiediena diagrammu zem virzuļa atkarībā no tilpuma.

9. Abas noslēgtās U veida caurules tika sasvērtas, kā parādīts 44.10. attēlā. Kurā caurulē virs ūdens ir tikai piesātināts tvaiks, un kurā ir gaiss ar tvaiku? Pamato savu atbildi.

Biļete Nr.1

Piesātināts tvaiks.

Ja tvertne ar šķidrumu ir cieši noslēgta, šķidruma daudzums vispirms samazināsies un pēc tam paliks nemainīgs. Pastāvīgā temperatūrā šķidruma-tvaiku sistēma nonāks termiskā līdzsvara stāvoklī un paliks tajā tik ilgi, cik nepieciešams. Vienlaicīgi ar iztvaikošanas procesu notiek arī kondensācija, abi procesi vidēji kompensē viens otru.

Pirmajā brīdī pēc šķidruma ieliešanas traukā un aizvēršanas šķidrums iztvaikos un tvaika blīvums virs tā palielināsies. Tomēr tajā pašā laikā palielināsies molekulu skaits, kas atgriežas šķidrumā. Jo lielāks ir tvaika blīvums, jo lielāks skaits tā molekulas atgriežas šķidrumā. Rezultātā slēgtā traukā pie nemainīgas temperatūras tiks izveidots dinamisks (kustīgs) līdzsvars starp šķidrumu un tvaiku, t.i., molekulu skaits, kas noteiktā laika periodā iziet no šķidruma virsmas, būs vidēji vienāds. uz tvaiku molekulu skaitu, kas tajā pašā laikā atgriežas šķidrumā.

Tvaikus, kas atrodas dinamiskā līdzsvarā ar šķidrumu, sauc par piesātinātu tvaiku. Šī definīcija uzsver, ka noteiktā tilpumā noteiktā temperatūrā tas nevar būt liels daudzums pāri.

Piesātināta tvaika spiediens.

Kas notiks ar piesātinātu tvaiku, ja samazināsies tā aizņemtais tilpums? Piemēram, ja jūs saspiežat tvaiku, kas ir līdzsvarā ar šķidrumu cilindrā zem virzuļa, saglabājot nemainīgu cilindra satura temperatūru.

Kad tvaiks ir saspiests, līdzsvars sāks traucēt. Sākumā tvaika blīvums nedaudz palielināsies, un lielāks skaits molekulu sāks pārvietoties no gāzes uz šķidrumu nekā no šķidruma uz gāzi. Galu galā molekulu skaits, kas atstāj šķidrumu laika vienībā, ir atkarīgs tikai no temperatūras, un tvaiku saspiešana šo skaitli nemaina. Process turpinās, līdz atkal tiek izveidots dinamiskais līdzsvars un tvaika blīvums, un tāpēc tā molekulu koncentrācija iegūst iepriekšējās vērtības. Līdz ar to piesātināto tvaiku molekulu koncentrācija nemainīgā temperatūrā nav atkarīga no tās tilpuma.

Tā kā spiediens ir proporcionāls molekulu koncentrācijai (p=nkT), no šīs definīcijas izriet, ka piesātināto tvaiku spiediens nav atkarīgs no tā aizņemtā tilpuma.

Spiediens p n.p. tvaika spiedienu, kurā šķidrums atrodas līdzsvarā ar tvaiku, sauc par piesātināta tvaika spiedienu.

Piesātināta tvaika spiediena atkarība no temperatūras

Piesātināta tvaika stāvokli, kā liecina pieredze, aptuveni apraksta ar ideālās gāzes stāvokļa vienādojumu, un tā spiedienu nosaka pēc formulas

Paaugstinoties temperatūrai, palielinās spiediens. Tā kā piesātināta tvaika spiediens nav atkarīgs no tilpuma, tas ir atkarīgs tikai no temperatūras.

Tomēr atkarība no p.n. no T, kas konstatēts eksperimentāli, nav tieši proporcionāls, tāpat kā ideālai gāzei nemainīgā tilpumā. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās īsta piesātināta tvaika spiediens ātrāk nekā ideālās gāzes spiediens (12. att. līknes sadaļa). Kāpēc tas notiek?

Sildot šķidrumu slēgtā traukā, daļa šķidruma pārvēršas tvaikos. Rezultātā saskaņā ar formulu P = nkT piesātinātā tvaika spiediens palielinās ne tikai šķidruma temperatūras paaugstināšanās dēļ, bet arī tvaika molekulu koncentrācijas (blīvuma) palielināšanās dēļ. Būtībā spiediena pieaugumu, palielinoties temperatūrai, nosaka tieši koncentrācijas pieaugums.

(Galvenā atšķirība ideālas gāzes un piesātināta tvaika uzvedībā ir tāda, ka, mainoties tvaiku temperatūrai slēgtā traukā (vai mainoties tilpumam nemainīgā temperatūrā), mainās tvaiku masa. Šķidrums daļēji apgriežas. tvaikā vai, gluži pretēji, tvaiki daļēji kondensējas. C Ideālā gāzē nekas tāds nenotiek.)

Kad viss šķidrums ir iztvaikojis, tvaiki pārstās būt piesātināti pēc tālākas karsēšanas un tā spiediens nemainīgā tilpumā palielināsies tieši proporcionāli absolūtajai temperatūrai (sk. att., 23. līknes sadaļu).

Vāra.

Vārīšanās ir intensīva vielas pāreja no šķidruma uz gāzveida stāvokli, kas notiek visā šķidruma tilpumā (ne tikai no tā virsmas). (Kondensācija ir apgriezts process.)

Palielinoties šķidruma temperatūrai, palielinās iztvaikošanas ātrums. Beidzot šķidrums sāk vārīties. Vārot visā šķidruma tilpumā veidojas strauji augoši tvaika burbuļi, kas uzpeld virspusē. Šķidruma viršanas temperatūra paliek nemainīga. Tas notiek tāpēc, ka visa šķidrumam piegādātā enerģija tiek iztērēta, pārvēršot to tvaikos.

Kādos apstākļos sākas vārīšanās?

Šķidrums vienmēr satur izšķīdušās gāzes, kas izdalās trauka dibenā un sienās, kā arī uz šķidrumā suspendētajām putekļu daļiņām, kas ir iztvaikošanas centri. Šķidruma tvaiki burbuļu iekšpusē ir piesātināti. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās piesātinātā tvaika spiediens un palielinās burbuļu izmērs. Peldošā spēka ietekmē tie peld uz augšu. Ja šķidruma augšējos slāņos ir zemāka temperatūra, tad šajos slāņos burbuļos notiek tvaika kondensācija. Spiediens strauji pazeminās un burbuļi sabrūk. Sabrukums notiek tik ātri, ka burbuļa sienas saduras, izraisot kaut ko līdzīgu sprādzienam. Daudzi šādi mikrosprādzieni rada raksturīgu troksni. Kad šķidrums pietiekami sasilst, burbuļi pārstās sabrukt un peld uz virsmu. Šķidrums uzvārīsies. Uzmanīgi vērojiet tējkannu uz plīts. Jūs atklāsiet, ka tas gandrīz pārstāj radīt troksni, pirms tas uzvārās.

Piesātināta tvaika spiediena atkarība no temperatūras izskaidro, kāpēc šķidruma viršanas temperatūra ir atkarīga no spiediena uz tā virsmas. Tvaika burbulis var augt, ja tajā esošā piesātinātā tvaika spiediens nedaudz pārsniedz spiedienu šķidrumā, kas ir gaisa spiediena uz šķidruma virsmu (ārējais spiediens) un šķidruma kolonnas hidrostatiskā spiediena summa.

Vārīšanās sākas temperatūrā, kurā piesātinātā tvaika spiediens burbuļos ir vienāds ar spiedienu šķidrumā.

Jo lielāks ārējais spiediens, jo augstāka viršanas temperatūra.

Un otrādi, samazinot ārējo spiedienu, mēs tādējādi pazeminām viršanas temperatūru. Izsūknējot gaisu un ūdens tvaikus no kolbas, jūs varat likt ūdenim vārīties istabas temperatūrā.

Katram šķidrumam ir savs viršanas punkts (kas paliek nemainīgs, līdz viss šķidrums ir izvārījies), kas ir atkarīgs no tā piesātinātā tvaika spiediena. Jo augstāks ir piesātinātā tvaika spiediens, jo zemāka ir šķidruma viršanas temperatūra.

Īpatnējais iztvaikošanas siltums.

Vārīšanās notiek, absorbējot siltumu.

Lielākā daļa piegādātā siltuma tiek tērēta saišu pārraušanai starp vielas daļiņām, pārējais - darbam, kas veikts tvaika izplešanās laikā.

Rezultātā mijiedarbības enerģija starp tvaiku daļiņām kļūst lielāka nekā starp šķidrajām daļiņām, tāpēc tvaika iekšējā enerģija ir lielāka par šķidruma iekšējo enerģiju tajā pašā temperatūrā.

Siltuma daudzumu, kas nepieciešams šķidruma pārvēršanai tvaikā viršanas procesā, var aprēķināt, izmantojot formulu:

kur m ir šķidruma masa (kg),

L - īpatnējais iztvaikošanas siltums (J/kg)

Īpatnējais iztvaikošanas siltums parāda, cik daudz siltuma nepieciešams, lai 1 kg noteiktas vielas pārvērstu tvaikā viršanas temperatūrā. Vienība īpašs karstums iztvaikošana SI sistēmā:

[L] = 1 J/kg

Gaisa mitrums un tā mērīšana.

Ap mums gandrīz vienmēr ir kāds ūdens tvaiku daudzums. Gaisa mitrums ir atkarīgs no tajā esošā ūdens tvaiku daudzuma.

Mitrs gaiss satur lielāku ūdens molekulu procentuālo daudzumu nekā sauss gaiss.

Liela nozīme relatīvais mitrums gaiss, par kuru ziņas katru dienu tiek dzirdamas laika prognožu ziņojumos.

PAR
Relatīvais mitrums ir procentos izteikta gaisā esošā ūdens tvaiku blīvuma attiecība pret piesātināto tvaiku blīvumu noteiktā temperatūrā. (rāda, cik tuvu ūdens tvaiki gaisā ir piesātinājumam)

kušanas temperatūra

Gaisa sausums vai mitrums ir atkarīgs no tā, cik tuvu tā ūdens tvaiki ir piesātinājumam.

Ja mitru gaisu atdzesē, tajā esošo tvaiku var piesātināt, un tad tas kondensējas.

Pazīme, ka tvaiks ir kļuvis piesātināts, ir pirmo kondensētā šķidruma pilienu parādīšanās - rasa.

Temperatūru, kurā tvaiki gaisā kļūst piesātināti, sauc par rasas punktu.

Rasas punkts raksturo arī gaisa mitrumu.

Piemēri: no rīta krītoša rasa, auksta stikla aizsvīšana, ja uz to elpojat, ūdens lāses veidošanās uz aukstā ūdens caurules, mitrums māju pagrabos.

Gaisa mitruma mērīšanai tiek izmantoti mērinstrumenti - higrometri. Ir vairāki higrometru veidi, bet galvenie ir matu un psihrometriskie. Tā kā ir grūti tieši izmērīt ūdens tvaika spiedienu gaisā, relatīvo mitrumu mēra netieši.

Ir zināms, ka iztvaikošanas ātrums ir atkarīgs no gaisa relatīvā mitruma. Jo zemāks gaisa mitrums, jo vieglāk mitrumam iztvaikot.

IN Psihrometram ir divi termometri. Viens ir parasts, to sauc par sausu. Tas mēra apkārtējā gaisa temperatūru. Cita termometra spuldzi ietin auduma daktā un ievieto ūdens traukā. Otrais termometrs rāda nevis gaisa temperatūru, bet gan slapjā dakts temperatūru, tāpēc arī nosaukums mitrs termometrs. Jo zemāks gaisa mitrums, jo intensīvāk mitrums iztvaiko no dakts, jo lielāks siltuma daudzums laika vienībā tiek noņemts no samitrinātā termometra, jo zemāki tā rādījumi, tāpēc jo lielāka ir sausā un samitrinātā rādījumu atšķirība. termometri piesātinājums = 100 ° C un specifiskas īpašības Valsts bagātsšķidrs un sauss bagāts pāri v"=0,001 v""=1,7 ... slapjš piesātināts tvaiks ar sausuma pakāpi Mēs aprēķinām plašās mitrās īpašības bagāts pāri Autors...

Rūpniecisko apdraudējumu analīze reģenerācijas sistēmas darbības laikā tvaiki eļļa, drenējot no cistām

Abstrakts >> Bioloģija

Uzliesmojamības robežas (pēc tilpuma). Spiediens piesātināts tvaiki pie T = -38 oC... iedarbība saules radiācija, koncentrēšanās piesātinājums noteiks vai nu temperatūra... saules starojuma iedarbība, koncentrācija piesātinājums temperatūra nenoteiks...

Pirms atbildēt uz raksta nosaukumā uzdoto jautājumu, izdomāsim, kas ir tvaiks. Attēli, kas lielākajai daļai cilvēku rodas, dzirdot šo vārdu, ir: verdoša tējkanna vai panna, tvaika pirts, karstais dzēriens un daudz citu līdzīgu attēlu. Tā vai citādi mūsu priekšstatos ir šķidra un gāzveida viela, kas paceļas virs tās virsmas. Ja jums lūgs sniegt tvaika piemēru, jūs uzreiz atcerēsities ūdens tvaikus, spirtu, ēteri, benzīnu, acetonu.

Ir vēl viens vārds gāzveida stāvokļiem - gāze. Šeit mēs parasti atceramies skābekli, ūdeņradi, slāpekli un citas gāzes, nesaistot tās ar atbilstošajiem šķidrumiem. Turklāt ir labi zināms, ka tie pastāv šķidrā stāvoklī. No pirmā acu uzmetiena atšķirības ir tādas, ka tvaiks atbilst dabiskajiem šķidrumiem, un gāzēm jābūt īpaši sašķidrinātām. Tomēr tā nav gluži taisnība. Turklāt attēli, kas rodas no vārda tvaiks, nav tvaiks. Lai sniegtu precīzāku atbildi, apskatīsim, kā rodas tvaiks.

Kāda ir atšķirība starp tvaiku un gāzi?

Vielas agregācijas stāvokli nosaka temperatūra, precīzāk pēc attiecības starp enerģiju, ar kuru mijiedarbojas tās molekulas, un to termiskās haotiskās kustības enerģiju. Aptuveni mēs varam pieņemt, ka, ja mijiedarbības enerģija ir ievērojami lielāka - cietā stāvoklī, ja siltuma kustības enerģija ir ievērojami lielāka - gāzveida, ja enerģijas ir salīdzināmas - šķidrums.

Izrādās, lai molekula atrautos no šķidruma un piedalītos tvaiku veidošanā, siltumenerģijas daudzumam jābūt lielākam par mijiedarbības enerģiju. Kā tas var notikt? Vidējais ātrums molekulu termiskā kustība ir vienāda ar noteiktu vērtību atkarībā no temperatūras. Tomēr individuālie ātrumi molekulas ir atšķirīgas: vairumam no tām ir ātrums, kas ir tuvu vidējai vērtībai, bet dažām ir ātrums lielāks par vidējo, dažām mazāks.

Var būt ātrākām molekulām siltumenerģija lielāka par mijiedarbības enerģiju, kas nozīmē, ka, nonākot uz šķidruma virsmas, tie spēj no tā atrauties, veidojot tvaikus. Šo iztvaikošanas metodi sauc iztvaikošana. Tāda paša ātruma sadalījuma dēļ notiek arī pretējs process - kondensācija: molekulas no tvaiku pāriet šķidrumā. Starp citu, tēli, kas parasti rodas, dzirdot vārdu tvaiks, nav tvaiks, bet gan pretēja procesa rezultāts – kondensācija. Tvaiku nevar redzēt.

Noteiktos apstākļos tvaiks var kļūt par šķidrumu, taču, lai tas notiktu, tā temperatūra nedrīkst pārsniegt noteiktu vērtību. Šo vērtību sauc par kritisko temperatūru. Tvaiks un gāze ir gāzveida stāvokļi, kas atšķiras pēc temperatūras, kurā tie pastāv. Ja temperatūra nepārsniedz kritisko temperatūru, tas ir tvaiks, ja tas pārsniedz, tas ir gāze. Ja saglabā nemainīgu temperatūru un samazina tilpumu, tvaiks sašķidrinās, bet gāze nesašķidrinās.

Kas ir piesātināts un nepiesātināts tvaiks

Pats vārds “piesātināts” satur noteiktu informāciju, ir grūti piesātināt lielu telpas laukumu. Tas nozīmē, ka, lai iegūtu piesātinātu tvaiku, jums ir nepieciešams ierobežot telpu, kurā atrodas šķidrums. Temperatūrai jābūt zemākai par konkrētas vielas kritisko temperatūru. Tagad iztvaicētās molekulas paliek telpā, kur atrodas šķidrums. Sākumā lielākā daļa molekulāro pāreju notiks no šķidruma, un tvaika blīvums palielināsies. Tas savukārt izraisīs lielāku molekulu reverso pāreju skaitu šķidrumā, kas palielinās kondensācijas procesa ātrumu.

Visbeidzot, tiek izveidots stāvoklis, kurā vidējais molekulu skaits, kas pāriet no vienas fāzes uz otru, būs vienāds. Šo nosacījumu sauc dinamiskais līdzsvars. Šim stāvoklim raksturīgas tādas pašas iztvaikošanas un kondensācijas ātruma lieluma un virziena izmaiņas. Šis stāvoklis atbilst piesātinātam tvaikam. Ja dinamiskā līdzsvara stāvoklis netiek sasniegts, tas atbilst nepiesātinātam tvaikam.

Viņi sāk objekta izpēti, vienmēr ar tā vienkāršāko modeli. Molekulārās kinētikas teorijā tā ir ideāla gāze. Galvenie vienkāršojumi šeit ir molekulu pašu tilpuma un to mijiedarbības enerģijas ignorēšana. Izrādās, ka šāds modelis visai apmierinoši raksturo nepiesātinātu tvaiku. Turklāt, jo mazāk piesātināts tas ir, jo likumīgāka ir tā izmantošana. Ideāla gāze- tā ir gāze, tā nevar kļūt ne tvaiks, ne šķidrums. Līdz ar to piesātinātam tvaikam šāds modelis nav piemērots.

Galvenās atšķirības starp piesātinātu un nepiesātinātu tvaiku

1. Piesātināts nozīmē, ka objektam ir lielākais no iespējamās vērtības daži parametri. Pārim tas ir blīvums un spiediens. Šiem nepiesātinātā tvaika parametriem ir zemākas vērtības. Jo tālāk tvaiks ir no piesātinājuma, jo mazākas ir šīs vērtības. Viens precizējums: atsauces temperatūrai jābūt nemainīgai.
2. Nepiesātinātam tvaikam: Boila-Mariotas likums: ja gāzes temperatūra un masa ir nemainīga, tilpuma palielināšanās vai samazināšanās izraisa spiediena samazināšanos vai palielināšanos par tādu pašu daudzumu, spiediens un tilpums ir apgriezti proporcionāli. No maksimālā blīvuma un spiediena pie nemainīgas temperatūras izriet, ka tie ir neatkarīgi no piesātinātā tvaika tilpuma, izrādās, ka piesātinātam tvaikam spiediens un tilpums ir neatkarīgi viens no otra.
3. Nepiesātinātam tvaikam blīvums nav atkarīgs no temperatūras, un, ja tilpums tiek saglabāts, blīvuma vērtība nemainās. Piesātinātam tvaikam, saglabājot tilpumu, blīvums mainās, mainoties temperatūrai. Atkarība šajā gadījumā ir tieša. Ja temperatūra paaugstinās, palielinās arī blīvums, ja temperatūra pazeminās, mainās arī blīvums.
4. Ja tilpums ir nemainīgs, nepiesātinātais tvaiks darbojas saskaņā ar Kārļa likumu: temperatūrai paaugstinoties, spiediens palielinās par tādu pašu koeficientu. Šo atkarību sauc par lineāru. Piesātinātam tvaikam, temperatūrai paaugstinoties, spiediens palielinās ātrāk nekā nepiesātinātam tvaikam. Atkarība ir eksponenciāla.

Apkopojot, var atzīmēt būtiskas atšķirības salīdzināmo objektu īpašībās. Galvenā atšķirība ir tā, ka tvaiku piesātinājuma stāvoklī nevar uzskatīt atsevišķi no tā šķidruma. Šī ir divdaļīga sistēma, kurai nevar piemērot lielāko daļu gāzes likumu.

Šķidrumiem ir tendence iztvaikot. Ja uz galda uzpilinātu pilienu ūdens, ētera un dzīvsudraba (tikai nedariet to mājās!), mēs varētu novērot, kā pilieni pamazām pazūd - iztvaiko. Daži šķidrumi iztvaiko ātrāk, citi lēnāk. Šķidruma iztvaikošanas procesu sauc arī par iztvaikošanu. Un apgrieztais process tvaika pārvēršanai šķidrumā ir kondensācija.

Šie divi procesi ilustrē fāzes pāreja- vielu pārejas process no viena agregācijas stāvoklis citam:

• iztvaikošana (pāreja no šķidruma uz gāzveida stāvokli);
• kondensācija (pāreja no gāzveida stāvokļa uz šķidrumu);
• desublimācija (pāreja no gāzveida stāvokļa uz cietu stāvokli, apejot šķidro fāzi);
• sublimācija, kas pazīstama arī kā sublimācija (pāreja no cieta stāvokļa uz gāzveida stāvokli, apejot šķidrumu).

Tagad, starp citu, piemērota sezona novērot desublimācijas procesu dabā: sals un sarma uz kokiem un priekšmetiem, sarma raksti uz logiem - tā rezultāts.

Kā veidojas piesātināts un nepiesātināts tvaiks

Bet atgriezīsimies pie iztvaikošanas. Mēs turpināsim eksperimentēt un ieliet šķidrumu - piemēram, ūdeni atvērtā traukā, un pievienosim tam manometru. Acij neredzams, traukā notiek iztvaikošana. Visas šķidruma molekulas atrodas nepārtrauktā kustībā. Daži pārvietojas tik ātri, ka viņi kinētiskā enerģija izrādās stiprāks par to, kas saista kopā šķidruma molekulas.

Pametušas šķidrumu, šīs molekulas turpina haotiski pārvietoties telpā, lielākā daļa no tām izkliedējas tajā - šādi nepiesātināts tvaiks. Tikai neliela daļa no tiem atgriežas šķidrumā.

Ja mēs aizveram trauku, tvaika molekulu skaits pakāpeniski palielināsies. Un arvien vairāk no tiem atgriezīsies šķidrumā. Tas palielinās tvaika spiedienu. Tas tiks reģistrēts ar manometru, kas savienots ar trauku.

Pēc kāda laika molekulu skaits, kas izlido no šķidruma un atgriezīsies tajā, būs vienāds. Tvaika spiediens pārstās mainīties. Rezultātā tvaika piesātinājums tiks izveidots šķidruma-tvaiku sistēmas termodinamiskais līdzsvars. Tas ir, iztvaikošana un kondensācija būs vienādi.

Piesātināta tvaika īpašības

Lai tos skaidri ilustrētu, mēs izmantojam citu eksperimentu. Izmantojiet visu savas iztēles spēku, lai to iedomāties. Tātad, ņemsim dzīvsudraba manometru, kas sastāv no diviem līkumiem - savienojošām caurulēm. Abi ir piepildīti ar dzīvsudrabu, viens gals ir atvērts, otrs ir noslēgts, un virs dzīvsudraba joprojām ir noteikts daudzums ētera un tā piesātinātie tvaiki. Ja nolaidīsiet un pacelsiet nenoslēgto ceļgalu, dzīvsudraba līmenis arī aizzīmogotajā celī pazemināsies un paaugstināsies.

Šajā gadījumā mainīsies arī piesātināto ētera tvaiku daudzums (tilpums). Dzīvsudraba kolonnu līmeņu atšķirība abās manometra kājās parāda ētera piesātinātā tvaika spiedienu. Tas visu laiku paliks nemainīgs.

Tas nozīmē piesātināta tvaika īpašību - tā spiediens nav atkarīgs no tilpuma, ko tas aizņem. Dažādu šķidrumu (piemēram, ūdens un ētera) piesātināto tvaiku spiediens vienā un tajā pašā temperatūrā ir atšķirīgs.

Tomēr piesātinātā tvaika temperatūrai ir nozīme. Jo augstāka temperatūra, jo lielāks spiediens. Piesātināta tvaika spiediens palielinās, palielinoties temperatūrai, ātrāk nekā ar nepiesātinātu tvaiku. Nepiesātināta tvaika temperatūra un spiediens ir lineāri saistīti.

Var veikt vēl vienu interesantu eksperimentu. Paņemiet tukšu kolbu bez šķidruma tvaikiem, aizveriet to un pievienojiet manometru. Pamazām, pa pilienam, pievieno šķidrumu kolbā. Šķidrumam nokļūstot un iztvaikojot, tiek noteikts piesātinātā tvaika spiediens, kas ir augstākais konkrētajam šķidrumam noteiktā temperatūrā.

Vairāk par temperatūru un piesātinātu tvaiku

Tvaika temperatūra ietekmē arī kondensācijas ātrumu. Tāpat kā šķidruma temperatūra nosaka iztvaikošanas ātrumu - molekulu skaitu, kas laika vienībā izlido no šķidruma virsmas, citiem vārdiem sakot.

Piesātinātam tvaikam tā temperatūra ir vienāda ar šķidruma temperatūru. Jo augstāka ir piesātinātā tvaika temperatūra, jo lielāks ir tā spiediens un blīvums, jo mazāks ir šķidruma blīvums. Kad tiek sasniegta vielas kritiskā temperatūra, šķidruma un tvaika blīvums ir vienāds. Ja tvaika temperatūra ir augstāka par vielas kritisko temperatūru, fiziskās atšķirības starp šķidrumu un piesātinātu tvaiku tiek izdzēstas.

Piesātināta tvaika spiediena noteikšana maisījumā ar citām gāzēm

Mēs runājām par to, ka piesātināta tvaika spiediens ir nemainīgs nemainīgā temperatūrā. Mēs noteicām spiedienu “ideālos” apstākļos: kad traukā vai kolbā ir tikai vienas vielas šķidrums un tvaiki. Apskatīsim arī eksperimentu, kurā vielas molekulas tiek izkliedētas telpā maisījumā ar citām gāzēm.

Lai to izdarītu, paņemiet divus atvērtus stikla cilindrus un abos ievietojiet slēgtus traukus ar ēteri. Kā parasti, savienosim manometrus. Mēs atveram vienu trauku ar ēteri, pēc kura manometrs reģistrē spiediena pieaugumu. Atšķirība starp šo spiedienu un spiedienu cilindrā ar slēgtu ētera trauku ļauj noskaidrot piesātinātā ētera tvaika spiedienu.

Par spiedienu un vārīšanu

Iztvaikošana iespējama ne tikai no šķidruma virsmas, bet arī tā tilpumā – tad to sauc par vārīšanu. Palielinoties šķidruma temperatūrai, veidojas tvaika burbuļi. Ja piesātinātā tvaika spiediens ir lielāks vai vienāds ar gāzes spiedienu burbuļos, šķidrums iztvaiko burbuļos. Un tie izplešas un paceļas virspusē.

Šķidrumi vārās plkst dažādas temperatūras. Normālos apstākļos ūdens vārās 100 0 C. Bet, mainoties atmosfēras spiedienam, mainās arī viršanas temperatūra. Tātad kalnos, kur gaiss ir ļoti retināts un atmosfēras spiediens ir zemāks, paceļoties kalnos ūdens viršanas temperatūra pazeminās.

Starp citu, vārīšana hermētiski noslēgtā traukā vispār nav iespējama.

Vēl vienu tvaika spiediena un iztvaikošanas saistību piemēru parāda tāda ūdens tvaiku satura īpašība gaisā kā relatīvais gaisa mitrums. Tā ir ūdens tvaika daļējā spiediena attiecība pret piesātināto tvaiku spiedienu, un to nosaka pēc formulas: φ = r/r o * 100%.

Gaisa temperatūrai pazeminoties, tajā palielinās ūdens tvaiku koncentrācija, t.i. tie kļūst piesātinātāki. Šo temperatūru sauc par rasas punktu.

Apkoposim to

Izmantojot vienkāršus piemērus, mēs analizējām iztvaikošanas procesa būtību un tā rezultātā radušos nepiesātināto un piesātināto tvaiku. Visas šīs parādības sev apkārt var novērot katru dienu: piemēram, redzēt uz ielām pēc lietus izžūst peļķes vai vannas istabā no tvaika aizsvīdušu spoguli. Vannas istabā pat var novērot, kā vispirms veidojas tvaiks, un pēc tam uz spoguļa uzkrātais mitrums atkal kondensējas ūdenī.

Varat arī izmantot šīs zināšanas, lai padarītu savu dzīvi ērtāku. Piemēram, ziemā daudzos dzīvokļos gaiss ir ļoti sauss, un tas slikti ietekmē pašsajūtu. Lai padarītu to mitrāku, varat izmantot modernu gaisa mitrinātāju. Vai arī, vecmodīgi, novietojiet telpā trauku ar ūdeni: pakāpeniski iztvaikojot, ūdens piesātinās gaisu ar saviem tvaikiem.

tīmekļa vietni, kopējot materiālu pilnībā vai daļēji, ir nepieciešama saite uz avotu.