Вода со своим насыщенным паром

называется пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью: скорость испарения равна скорости конденсации.

Давление и плотность насыщенного пара для данного вещества зависят от его температуры и увеличиваются при увеличении температуры.

Условие кипения жидкости – это условие роста пузырьков насыщенного пара в жидкости. Пузырёк может расти, если давление насыщенного пара внутри него будет не меньше внешнего давления. Итак,

жидкость кипит при той температуре, при которой давление её насыщенных паров равно внешнему давлению.

Приведём полезный пример.

Известно, что при нормальном атмосферном давлении `p_0

10^5 «Па»` вода кипит при `100^@»C»`. Это означает, что давление насыщенных паров воды при `100^@»C»` равно `p_0

Пары воды в атмосферном воздухе обычно ненасыщенные. Абсолютной влажностью воздуха называется плотность водяных паров `rho`. Относительной влажностью воздуха называется величина

Здесь `p` – парциальное давление паров воды при данной температуре в смеси воздух – пары воды, `p_»нас»` – парциальное давление насыщенных водяных паров при той же температуре. Опыт показывает, что `p_»нас»` зависит только от температуры и не зависит от плотности и состава воздуха.

Если пар считать идеальным газом, то `p=rho/muRT`, `p_»нас»=(rho_»нас»)/muRT`,

где `rho` и `rho_»нас»` – плотности ненасыщенного и насыщенного водяного пара, `mu=18 «г»//»моль»`. Деление одного уравнения на другое даёт `p/p_»нас»=rho/rho_»нас»`. Итак,

Воздух имеет температуру `60^@»C»` и абсолютную влажность `50 «г»//»м»^3`. Какой будет абсолютная влажность этого воздуха, если температура понизится до `10^@»C»`? Известно, что при `10^@»C»` давление насыщенного пара воды `p=1230 «Па»`.

При `10^@»C»` `(T=283 «К»)` плотность насыщенных паров воды

Эта величина меньше, чем `50 «г»//»м»^3`. Поэтому часть пара сконденсируется, и абсолютная влажность будет `9,4 «г»//»м»^3`.

Источник

Вода со своим насыщенным паром

жидкость кипит при той температуре, при которой давление её насыщенных паров равно внешнему давлению.

Приведём полезный пример.

Известно, что при нормальном атмосферном давлении `p_0

10^5 «Па»` вода кипит при `100^@»C»`. Это означает, что давление насыщенных паров воды при `100^@»C»` равно `p_0

Если пар считать идеальным газом, то `p=rho/muRT`, `p_»нас»=(rho_»нас»)/muRT`,

При `10^@»C»` `(T=283 «К»)` плотность насыщенных паров воды

Источник

Вода со своим насыщенным паром

В сосуде под поршнем находится ненасыщенный пар. Его можно перевести в насыщенный,

1) изобарно повышая температуру

2) добавляя в сосуд другой газ

3) увеличивая объем пара

4) уменьшая объем пара

Давление и концентрация насыщенного пара каждого вещества зависят только от температуры. Чем больше температуры, тем больше эти величины. Таким образом, повышая температуру ненасыщенного пара при постоянном давлении последнего насыщенным его не сделать. Добавление в сосуд другого газа также никак не сказывается на насыщенности пара, поскольку его парциальное давление при этом не изменяется. Единственный подходящий способ (из предложенных) — это уменьшение объема. Концентрация пара при этом будет увеличиваться и при достаточном сжатии может достигнуть значения, соответствующего концентрации насыщенного пара при заданной температуре.

При уменьшении объема пара, его масса будет уменьшаться и превращаться в жидкость (конденсация). При таком раскладе, пар в какой-то определенный момент будет находится в динамическом равновесии, т.е будет насыщенным.

Можно ли так рассуждать? Заранее благодарю.

Рассуждение почти правильное. При уменьшении объема масса будет уменьшаться не сразу. Конденсация начнет наблюдаться только после того, как газ станет из ненасыщенного насыщенным.

На рисунке изображены: пунктирной линией — график зависимости давления насыщенных паров воды от температуры и сплошной линией — процесс 1-2 изменения парциального давления паров воды.

По мере такого изменения парциального давления паров воды абсолютная влажность воздуха

3) не изменяется

4) может как увеличиваться, так и уменьшаться

Абсолютная влажность воздуха — физическая величина, показывающая массу водяных паров, содержащихся в 1 воздуха. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе. Водяной пар подчиняется уравнению состояния идеального газа: Из графика видно, что рассматриваемый процесс находится под кривой зависимости давления насыщенных паров от температуры, значит, пар в ходе процесса 1-2 остается ненасыщенным. Кроме того, из графика видно, что температура газа остается неизменной, а давление газа увеличивается. Следовательно, абсолютная влажность воздуха также увеличивается.

Некоторое количество воды поместили в закрытый сосуд, в котором находился сухой воздух. Через достаточно продолжительное время после этого относительная влажность в сосуде будет

4) меньше 100% или равна 100%

При испарении жидкости в воздухе образуются пары́ этой жидкости. Но не только молекулы жидкости вылетают в воздух, в результате чего жидкость переходит в газообразное состояние, но и наоборот, молекулы газа могут потерять энергию, вследствие чего газ превращается в жидкость. Такие процессы идут непрерывно и при некоторых температуре и давлении газа наступает состояние динамического равновесия, при котором число молекул, вылетевших из жидкости, равно числу молекул, влетевших в жидкость. Пар, находящийся в таком равновесии со своей жидкостью называют насыщенным паром. Давление насыщенного пара, как и его концентрация не зависят от объёма, а только от температуры насыщенного пара.

Концентрация паров в воздухе не может превосходить определённого максимума, зависящего от температуры. В связи с этим различают два понятия влажности: абсолютную и относительную влажность. Абсолютная влажность — величина, показывающая массу водяных паров в единичном объёме воздуха. Относительная влажность — отношение абсолютной влажности к максимальной влажности при данной температуре.

Таким образом, если воды достаточно много, при её испарении относительная влажность может возрасти вплоть до 100%.

Правильный ответ указан под номером 4.

В некоторых случаях, при охлаждении газа и отсутствии центров конденсации можно получить состояние газа, при котором абсолютная влажность превышает максимальную влажность при данной температуре, а относительная, соответственно 100%. Такое состояние газа называется пресыщенным паром.

Источник

Молекулярная физика. Насыщенные и ненасыщенные пары.

Насыщенный пар.

При испарении одновременно с переходом молекул из жидкости в пар происходит и обратный процесс. Беспорядочно двигаясь над поверхностью жидкости, часть молекул, покинувших ее, снова возвращается в жидкость.

Если испарение происходит в закрытом сосуде, то сначала число молекул, вылетевших из жидкости, будет больше числа молекул, возвратившихся обратно в жидкость. Поэтому плотность пара в сосуде будет постепенно увеличиваться. С увеличением плотности пара увеличивается и число молекул, возвращающихся в жидкость. Довольно скоро число молекул, вылетающих из жидкости, станет равным числу молекул пара, возвращающихся обратно в жидкость. С этого момента число молекул пара над жидкостью будет постоянным. Для воды при комнатной температуре это число приблизительно равно 10 22 молекул за 1 с на 1 см 2 площади поверхности. Наступает так называемое динамическое равновесие между паром и жидкостью.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Это означает, что в данном объеме при данной температуре не может находиться большее количество пара.

При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость продолжает испаряться. Точно так же не изменяется и масса насыщенного пара над этой жидкостью, хотя пар продолжает конденсироваться.

Давление насыщенного пара .

При сжатии насыщенного пара, температура которого поддерживается постоянной, равновесие сначала начнет нарушаться: плотность пара возрастет, и вследствие этого из газа в жидкость будет переходить больше молекул, чем из жидкости в газ; продолжаться это будет до тех пор, пока концентрация пара в новом объеме не станет прежней, соответствующей концентрации насыщенного пара при данной температуре (и равновесие восстановится). Объясняется это тем, что число молекул, покидающих жидкость за единицу времени, зависит только от температуры.

Итак, концентрация молекул насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объема.

Поскольку давление газа пропорционально концентрации его молекул, то и давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объема. Давление р₀, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром, называют давлением насыщенного пара.

При сжатии насыщенного пара большая его часть переходит в жидкое состояние. Жидкость занимает меньший объем, чем пар той же массы. В результате объем пара при неизменной его плотности уменьшается.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры.

Для идеального газа справедлива линейная зависимость давления от температуры при постоянном объеме. Применительно к насыщенному пару с давлением р₀ эта зависимость выражается равенством:

Так как давление насыщенного пара не зависит от объема, то, следовательно, оно зависит только от температуры.

Экспериментально определенная зависимость p₀(T) отличается от зависимости (p₀=nkT) для идеального газа.

С увеличением температуры давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление идеального газа (участок кривой АВ на рисунке). Это становится особенно очевидным, если провести изохору через точку A (пунктирная прямая). Происходит это потому, что при нагревании жидкости часть ее превращается в пар, и плотность пара растет. Поэтому, согласно формуле (p₀=nkT), давление насыщенного пара растет не только в результате повышения температуры жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара. Главное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара заключается в изменении массы пара при изменении температуры при неизменном объеме (в закрытом сосуде) или при изменении объема при постоянной температуре. С идеальным газом ничего подобного происходить не может (молекулярно-кинетическая теория идеального газа не предусматривает фазового перехода газа в жидкость).

После испарения всей жидкости поведение пара будет соответствовать поведению идеального газа (участок ВС кривой на рисунке выше).

Ненасыщенный пар.

Если в пространстве, содержащем пары какой-либо жидкости, может происходить дальнейшее испарение этой жидкости, то пар, находящийся в этом пространстве, является ненасыщенным.

Пар, не находящийся в состоянии равновесия со своей жидкостью, называется ненасыщенным.

Ненасыщенный пар можно простым сжатием превратить в жидкость. Как только это превращение началось, пар, находящийся в равновесии с жидкостью, становится насыщенным.

Источник

Насыщенный пар

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: насыщенные и ненасыщенные пары, влажность воздуха.

Если открытый стакан с водой оставить на долгое время, то в конце концов вода полностью улетучится. Точнее — испарится. Что такое испарение и почему оно происходит?

Испарение и конденсация

При данной температуре молекулы жидкости обладают разными скоростями. Скорости большинства молекул находятся вблизи некоторого среднего значения (характерного для этой температуры). Но попадаются молекулы, скорости которых значительно отличаются от средней как в меньшую, так и большую сторону.

На рис. 1 изображён примерный график распределения молекул жидкости по скоростям. Голубым фоном показано то самое большинство молекул, скорости которых группируются около среднего значения. Красный «хвост» графика — это небольшое число «быстрых» молекул, скорости которых существенно превышают среднюю скорость основной массы молекул жидкости.

Рис. 1. Распределение молекул по скоростям

Когда такая весьма быстрая молекула окажется на свободной поверхности жидкости (т.е. на границе раздела жидкости и воздуха), кинетической энергии этой молекулы может хватить на то, чтобы преодолеть силы притяжения остальных молекул и вылететь из жидкости. Данный процесс и есть испарение, а молекулы, покинувшие жидкость, образуют пар.

Итак, испарение — это процесс превращения жидкости в пар, происходящий на свободной поверхности жидкости (при особых условиях превращение жидкости в пар может происходить по всему объёму жидкости. Данный процесс вам хорошо известен — это кипение).

Может случиться, что через некоторое время молекула пара вернётся обратно в жидкость.

Процесс перехода молекул пара в жидкость называется конденсацией. Конденсация пара — процесс, обратный испарению жидкости.

Динамическое равновесие

А что будет, если сосуд с жидкостью герметично закрыть? Плотность пара над поверхностью жидкости начнёт увеличиваться; частицы пара будут всё сильнее мешать другим молекулам жидкости вылетать наружу, и скорость испарения станет уменьшаться. Одновременно начнёт увеличиваться скорость конденсации, так как с возрастанием концентрации пара число молекул, возвращающихся в жидкость, будет становиться всё больше.

Наконец, в какой-то момент скорость конденсации окажется равна скорости испарения. Наступит динамическое равновесие между жидкостью и паром: за единицу времени из жидкости будет вылетать столько же молекул, сколько возвращается в неё из пара. Начиная с этого момента количество жидкости перестанет убывать, а количество пара — увеличиваться; пар достигнет «насыщения».

Насыщенный пар — это пар, который находится в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью. Пар, не достигший состояния динамического равновесия с жидкостью, называется ненасыщенным.

Давление и плотность насыщенного пара обозначаются и . Очевидно, и — это максимальные давление и плотность, которые может иметь пар при данной температуре. Иными словами, давление и плотность насыщенного пара всегда превышают давление и плотность ненасыщенного пара.

Свойства насыщенного пара

Оказывается, что состояние насыщенного пара (а ненасыщенного — тем более) можно приближённо описывать уравнением состояния идеального газа (уравнением Менделеева — Клапейрона). В частности, имеем приближённое соотношение между давлением насыщенного пара и его плотностью:

Это весьма удивительный факт, подтверждаемый экспериментом. Ведь по своим свойствам насыщенный пар существенно отличается от идеального газа. Перечислим важнейшие из этих отличий.

1. При неизменной температуре плотность насыщенного пара не зависит от его объёма.

Если, например, насыщенный пар изотермически сжимать, то его плотность в первый момент возрастёт, скорость конденсации превысит скорость испарения, и часть пара конденсируется в жидкость — до тех пор, пока вновь не наступит динамическое равновесие, в котором плотность пара вернётся к своему прежнему значению.

Аналогично, при изотермическом расширении насыщенного пара его плотность в первый момент уменьшится (пар станет ненасыщенным), скорость испарения превысит скорость конденсации, и жидкость будет дополнительно испаряться до тех пор, пока опять не установится динамическое равновесие — т.е. пока пар снова не станет насыщенным с прежним значением плотности.

2. Давление насыщенного пара не зависит от его объёма.

Это следует из того, что плотность насыщенного пара не зависит от объёма, а давление однозначно связано с плотностью уравнением (1) .

Как видим, закон Бойля — Мариотта, справедливый для идеальных газов, для насыщенного пара не выполняется. Это и не удивительно — ведь он получен из уравнения Менделеева — Клапейрона в предположении, что масса газа остаётся постоянной.

3. При неизменном объёме плотность насыщенного пара растёт с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры.

Действительно, при увеличении температуры возрастает скорость испарения жидкости.

Динамическое равновесие в первый момент нарушается, и происходит дополнительное испарение некоторой части жидкости. Пара будет прибавляться до тех пор, пока динамическое равновесие вновь не восстановится.

Точно так же при понижении температуры скорость испарения жидкости становится меньше, и часть пара конденсируется до тех пор, пока не восстановится динамическое равновесие — но уже с меньшим количеством пара.

Таким образом, при изохорном нагревании или охлаждении насыщенного пара его масса меняется, поэтому закон Шарля в данном случае не работает. Зависимость давления насыщенного пара от температуры уже не будет линейной функцией.

4. Давление насыщенного пара растёт с температурой быстрее, чем по линейному закону.

В самом деле, с увеличением температуры возрастает плотность насыщенного пара, а согласно уравнению (1) давление пропорционально произведению плотности на температуру.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры является экспоненциальной (рис. 2 ). Она представлена участком 1–2 графика. Эту зависимость нельзя вывести из законов идеального газа.

Рис. 2. Зависимость давления пара от температуры

В точке 2 вся жидкость испаряется; при дальнейшем повышении температуры пар становится ненасыщенным, и его давление растёт линейно по закону Шарля (участок 2–3).

Вспомним, что линейный рост давления идеального газа вызван увеличением интенсивности ударов молекул о стенки сосуда. В случае нагревания насыщенного пара молекулы начинают бить не только сильнее, но и чаще — ведь пара становится больше. Одновременным действием этих двух факторов и вызван экспоненциальный рост давления насыщенного пара.

Влажность воздуха

Воздух, содержащий водяной пар, называется влажным.Чем больше пара находится в воздухе, тем выше влажность воздуха.

Абсолютная влажность — это парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе (т. е. давление, которое водяной пар оказывал бы сам по себе, в отсутствие других газов). Иногда абсолютной влажностью называют также плотность водяного пара в воздухе.

Относительная влажность воздуха — это отношение парциального давления водяного пара в нём к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре. Как правило, это отношение выражают в процентах:

Из уравнения Менделеева-Клапейрона (1) следует, что отношение давлений пара равно отношению плотностей. Так как само уравнение (1) , напомним, описывает насыщенный пар лишь приближённо, мы имеем приближённое соотношение:

Одним из приборов, измеряющих влажность воздуха, является психрометр. Он включает в себя два термометра, резервуар одного из которых завёрнут в мокрую ткань. Чем ниже влажность, тем интенсивнее идёт испарение воды из ткани, тем сильнее охлаждается резервуар «мокрого» термометра, и тем больше разность его показаний и показаний сухого термометра. По этой разности с помощью специальной психрометрической таблицы определяют влажность воздуха.

Источник