Saturat sau nesaturat este densitatea vaporilor de apă. Abur saturat, fierbere, umiditatea aerului

Teoria cinetică moleculară ne permite nu numai să înțelegem de ce o substanță poate fi în stare gazoasă, lichidă și solidă, ci și să explicăm procesul de tranziție a unei substanțe de la o stare la alta.

Evaporare și condensare. Cantitatea de apă sau orice alt lichid dintr-un recipient deschis scade treptat. Are loc evaporarea lichidului, al cărui mecanism a fost descris în cursul de fizică clasa a VII-a. În timpul mișcării haotice, unele molecule dobândesc atât de multă energie cinetică încât părăsesc lichidul, depășind forțele atractive ale altor molecule.

Concomitent cu evaporarea are loc proces invers- tranziția unei părți din moleculele de vapori care se mișcă haotic în lichid. Acest proces se numește condensare. Dacă vasul este deschis, atunci moleculele care au părăsit lichidul pot să nu se întoarcă în

lichid. În aceste cazuri, evaporarea nu este compensată prin condensare și cantitatea de lichid scade. Când fluxul de aer de peste vas duce vaporii rezultați, lichidul se evaporă mai repede, deoarece molecula de vapori are mai puține șanse de a reveni la lichid.

Abur saturat. Dacă vasul cu lichid este închis ermetic, pierderea acestuia se va opri în curând. La o temperatură constantă, sistemul lichid-vapori va atinge o stare de echilibru termic și va rămâne în el atât timp cât se dorește.

În primul moment, după ce lichidul este turnat în vas și închis, acesta se va evapora și densitatea vaporilor de deasupra lichidului va crește. Totuși, în același timp, numărul de molecule care se întorc în lichid va crește. Cu cât densitatea vaporilor este mai mare, cu atât mai multe molecule de vapori revin în lichid. Ca urmare, într-un vas închis la temperatura constantaÎn cele din urmă, se va stabili un echilibru dinamic (mobil) între lichid și vapori. Numărul de molecule care părăsesc suprafața lichidului va fi egal cu numărul de molecule de vapori care se întorc în lichid în același timp. Condensarea are loc simultan cu procesul de evaporare, iar ambele procese, în medie, se compensează reciproc.

Vaporii care se află în echilibru dinamic cu lichidul său se numesc vapori saturati. Acest nume subliniază faptul că o cantitate mai mare de abur nu poate fi prezentă într-un anumit volum la o anumită temperatură.

Dacă aerul dintr-un recipient cu un lichid este pompat anterior, atunci numai vaporii saturati vor fi deasupra suprafeței lichidului.

Presiunea vaporilor saturati. Ce se va întâmpla cu aburul saturat dacă volumul pe care îl ocupă este redus, de exemplu, prin comprimarea aburului în echilibru cu lichidul din cilindrul de sub piston, menținând constantă temperatura conținutului cilindrului?

Când aburul este comprimat, echilibrul va începe să fie perturbat. La început, densitatea vaporilor crește ușor și un număr mai mare de molecule încep să se deplaseze de la gaz la lichid decât de la lichid la gaz. Aceasta continuă până când echilibrul și densitatea sunt stabilite din nou și, prin urmare, concentrația de molecule își capătă valoarea anterioară. Concentrația moleculelor de vapori saturați este deci independentă de volum la temperatură constantă.

Deoarece presiunea este proporțională cu concentrația conform formulei, din independența concentrației (sau a densității) vaporilor saturați față de volum, rezultă că presiunea vaporilor saturați este independentă de volumul pe care îl ocupă.

Presiunea de vapori independentă de volum la care un lichid este în echilibru cu vaporii săi se numește presiune de vapori saturați.

Pe măsură ce vaporii saturati sunt comprimați, din ce în ce mai mulți se transformă în stare lichidă. Un lichid cu o masă dată ocupă un volum mai mic decât vaporii de aceeași masă. Ca urmare, volumul de abur, în timp ce densitatea acestuia rămâne neschimbată, scade.

Am folosit de multe ori cuvintele „gaz” și „abur”. Nu există nicio diferență fundamentală între gaz și abur, iar aceste cuvinte sunt în general echivalente. Dar suntem obișnuiți cu un anumit interval de temperatură, relativ mic mediu. Cuvântul „gaz” se aplică de obicei acelor substanțe a căror presiune de vapori saturați la temperaturi obișnuite este mai mare decât cea atmosferică (de exemplu, dioxid de carbon). Dimpotrivă, vorbim despre un cuplu când temperatura camerei presiunea vaporilor saturați este mai mică decât cea atmosferică și substanța este mai stabilă în stare lichidă (de exemplu, vapori de apă).

Independența presiunii vaporilor saturați față de volum a fost stabilită în numeroase experimente privind compresia izotermă a vaporilor în echilibru cu lichidul acestuia. Lăsați substanța în volume mari să fie în stare gazoasă. Pe măsură ce compresia izotermă are loc, densitatea și presiunea acesteia cresc (secțiunea izotermei AB din Figura 51). Când se atinge presiunea, începe condensarea aburului. Ulterior, atunci când aburul saturat este comprimat, presiunea nu se modifică până când tot aburul se transformă în lichid (linia dreaptă BC în Figura 51). După aceasta, presiunea în timpul compresiei începe să crească brusc (segmentul curbei, deoarece lichidele sunt ușor compresibile.

Curba prezentată în figura 51 se numește izoterma unui gaz real.

Există întotdeauna vapori ai acestui lichid deasupra suprafeței libere a unui lichid. Dacă un recipient cu un lichid nu este închis, atunci vor exista întotdeauna molecule de vapori care se îndepărtează de suprafața lichidului și nu se pot întoarce înapoi în lichid. Într-un vas închis, condensarea aburului are loc concomitent cu evaporarea lichidului. În primul rând, numărul de molecule care părăsesc lichidul în 1 s este mai mult număr moleculele revin înapoi, iar densitatea și, prin urmare, presiunea vaporilor, crește. Numărul de molecule de vapori crește până când numărul de molecule care părăsesc lichidul (evaporat) devine egal cu numărul de molecule care se întorc în lichid (condensat) în aceeași perioadă de timp. Această condiție se numește echilibru dinamic.

Se numește vapori care se află într-o stare de echilibru dinamic cu lichidul său abur saturat. Următoarele cantități sunt utilizate pentru a descrie aburul saturat: presiunea aburului saturat p n și densitatea vaporilor saturatiρ n. La o anumită temperatură, aburul saturat are presiunea maximă posibilă și densitatea vaporilor.

Se numește aburul a cărui presiune este mai mică decât presiunea vaporilor saturați la o anumită temperatură nesaturat. În mod similar, a fost posibil să se dea o definiție în ceea ce privește densitatea vaporilor.

Experiența arată că vaporii nesaturați respectă toate legile gazelor și, cu cât sunt mai departe de saturație, cu atât mai precis.

Proprietățile vaporilor saturați

Următoarele proprietăți sunt caracteristice vaporilor saturați:

Prin urmare, aburul saturat nu respectă legile gazelor ale unui gaz ideal. Valorile presiunii și densității aburului saturat la o anumită temperatură sunt determinate din tabele (a se vedea tabelul).

Masă. Presiune ( r) și densitatea (ρ) a vaporilor de apă saturați la diferite temperaturi ( t).

Umiditate

Ca urmare a evaporării apei din numeroase corpuri de apă (mări, lacuri, râuri etc.), precum și din vegetația din aerul atmosferic conține întotdeauna vapori de apă. Cantitatea de vapori de apă conținută în aer afectează vremea, bunăstarea umană, funcționarea multor organe ale sale, viața vegetală, precum și siguranța obiectelor tehnice, structuri arhitecturale, opere de artă. Prin urmare, este foarte important să monitorizați umiditatea aerului și să o puteți măsura.

Vaporii de apă din aer sunt de obicei nesaturați. Mișcarea maselor de aer, cauzată în cele din urmă de radiația Soarelui, duce la faptul că în unele locuri de pe planeta noastră în prezent predomină evaporarea apei în fața condensului, în timp ce în altele, dimpotrivă, predomină condensarea.

Umiditate absolutăρ de aer este o valoare egală numeric cu masa de vapori de apă conținută în 1 m 3 de aer (adică densitatea vaporilor de apă din aer în condiții date).

Unitatea SI a umidității absolute este kilogramul pe metru cub(kg/m3). Uneori se folosesc unități nesistemice de grame pe metru cub (g/m3).

Umiditatea absolută ρ și presiunea p vaporii de apă sunt interconectați prin ecuația de stare

\(~p \cdot V = \dfrac (m \cdot M)(R \cdot T) \Rightarrow p = \dfrac(\rho)(M) \cdot R \cdot T\)

Dacă se cunoaște doar umiditatea absolută, este totuși imposibil de judecat cât de uscat sau umed este aerul. Pentru a determina gradul de umiditate a aerului, trebuie să știți dacă vaporii de apă sunt aproape sau departe de saturație.

Umiditatea relativă aerul φ este raportul procentual dintre umiditatea absolută și densitatea ρ 0 a vaporilor saturați la o temperatură dată (sau raportul de presiune p vapori de apă la presiune p 0 abur saturat la o temperatură dată):

\(~\varphi = \dfrac(\rho)(\rho_0) \cdot 100\;\%, \;\; ~\varphi = \dfrac(p)(p_0) \cdot 100\;\%.\)

Cu cât umiditatea relativă este mai mică, cu atât aburul este mai departe de saturație, cu atât se produce evaporarea mai intensă. Presiunea aburului saturat p 0 la o anumită temperatură este o valoare tabelară. Presiune p vaporii de apă (și deci umiditatea absolută) sunt determinați de punctul de rouă.

Se lasa la temperatura t 1 presiunea vaporilor de apă p 1. Starea aburului pe diagramă r, t va fi reprezentat printr-un punct O(Fig. 5).

Când este răcit izobar la o temperatură t p aburul devine saturat și starea sa este reprezentată printr-un punct ÎN. Temperatură t p la care vaporii de apă devin saturați se numește punct de rouă. Când se răcește sub punctul de rouă, începe condensarea vaporilor: apare ceață, roua cade și geamurile se aburin. Punctul de rouă vă permite să determinați presiunea vaporilor de apă p 1 în aer la o temperatură t 1 .

Într-adevăr, din figura 5 vedem că presiunea p 1 este egal cu presiunea vaporilor saturați la punctul de rouă p 1 = p 0tp. Prin urmare, \(~\varphi = \dfrac(p_(0tp))(p_0) \cdot 100 \;\%\)

Psicrometru. Higrometru

Pe măsură ce temperatura scade, umiditatea relativă crește. La o anumită temperatură ( punct de rouă) vaporii de apă devin saturați. O scădere suplimentară a temperaturii duce la faptul că excesul de vapori de apă rezultat începe să se condenseze sub formă de picături de rouă sau ceață.

Pentru a determina umiditatea relativă a aerului, puteți reduce artificial temperatura aerului într-o zonă limitată până la punctul de rouă. Umiditatea absolută și, în consecință, presiunea vaporilor de apă vor rămâne neschimbate. Comparând presiunea vaporilor de apă la punctul de rouă cu presiunea vaporilor saturați care ar putea fi la temperatura care ne interesează, vom găsi astfel umiditatea relativă a aerului. Răcirea rapidă poate fi realizată prin evaporarea intensă a unui lichid volatil. Această metodă este utilizată pentru măsurarea umidității cu ajutorul unui higrometru de condensare.

Higrometru de condens constă dintr-o cutie metalică cu două orificii (Fig. 6).

Eterul este turnat în cutie. Prin folosirea bec de cauciuc aerul este pompat prin cutie. Eterul se evaporă foarte repede, temperatura cutiei și a aerului din apropiere scade, iar umiditatea relativă crește. La o anumită temperatură, care este măsurată de un termometru introdus în orificiul dispozitivului, suprafața cutiei este acoperită cu picături mici de rouă. Pentru a înregistra mai precis momentul în care apare o cutie de rouă pe suprafață, această suprafață este lustruită strălucirea oglinzii, iar lângă cutia de control se află un inel metalic lustruit.

În higrometrele moderne cu condensare, pentru răcirea oglinzii se folosește un element semiconductor, al cărui principiu de funcționare se bazează pe efectul Peltier, iar temperatura oglinzii este măsurată printr-un microtermometru cu rezistență a firului sau semiconductor încorporat în ea.

Acţiune higrometru pentru păr se bazează pe proprietatea părului uman degresat de a-și modifica lungimea atunci când umiditatea aerului se modifică, ceea ce face posibilă măsurarea umidității relative de la 30 la 100%. Părul 1 (Fig. 7) este întins peste un cadru metalic 2. Modificarea lungimii părului este transmisă săgeții 3, deplasându-se de-a lungul scalei.

Acţiune higrometru ceramic bazat pe dependența rezistenței electrice a masei ceramice solide și poroase (un amestec de argilă, siliciu, caolin și unii oxizi metalici) de umiditatea aerului.

În timpul evaporării, concomitent cu trecerea moleculelor de la lichid la vapor, are loc și procesul invers. Mișcându-se aleatoriu peste suprafața lichidului, unele dintre moleculele care l-au părăsit revin din nou în lichid.

Presiunea vaporilor saturati.

Când vaporii saturați sunt comprimați, a căror temperatură este menținută constantă, echilibrul va începe mai întâi să fie perturbat: densitatea vaporilor va crește și, ca urmare, vor trece mai multe molecule din gaz în lichid decât din lichid în gaz; aceasta va continua până când concentrația de vapori din noul volum devine aceeași, corespunzătoare concentrației de vapori saturați la o anumită temperatură (și echilibrul este restabilit). Acest lucru se explică prin faptul că numărul de molecule care părăsesc lichidul pe unitatea de timp depinde doar de temperatură.

Deci, concentrația moleculelor de vapori saturati la o temperatură constantă nu depinde de volumul acesteia.

Deoarece presiunea unui gaz este proporțională cu concentrația moleculelor sale, presiunea vaporilor saturați nu depinde de volumul pe care îl ocupă. Presiune p 0, la care lichidul este în echilibru cu vaporii săi se numește presiunea aburului saturat.

Când vaporii saturati sunt comprimați, majoritatea se transformă într-o stare lichidă. Lichidul ocupă un volum mai mic decât vaporii de aceeași masă. Ca urmare, volumul de abur, în timp ce densitatea acestuia rămâne neschimbată, scade.

Dependența presiunii vaporilor saturați de temperatură.

Pentru un gaz ideal, este valabilă o dependență liniară a presiunii de temperatura la volum constant. Așa cum este aplicat la abur saturat cu presiune p 0 această dependență este exprimată prin egalitatea:

p 0 =nkT.

Deoarece presiunea vaporilor saturați nu depinde de volum, ea depinde deci doar de temperatură.

Dependență determinată experimental p0(T) diferă de dependență ( p 0 =nkT) pentru un gaz ideal.

Odată cu creșterea temperaturii, presiunea vaporilor saturați crește mai repede decât presiunea unui gaz ideal (secțiunea curbei ABîn figură). Acest lucru devine deosebit de evident dacă trasăm un izocor prin punct O(linie întreruptă). Acest lucru se întâmplă deoarece atunci când un lichid este încălzit, o parte din acesta se transformă în abur, iar densitatea aburului crește. Prin urmare, conform formulei ( p 0 =nkT), presiunea vaporilor saturați crește nu numai ca urmare a creșterii temperaturii lichidului, ci și datorită creșterii concentrației de molecule (densitatea) vaporilor. Principala diferență în comportamentul unui gaz ideal și al vaporilor saturați este modificarea masei vaporilor cu o modificare a temperaturii la un volum constant (într-un vas închis) sau cu o modificare a volumului la o temperatură constantă. Nimic de genul acesta nu se poate întâmpla cu un gaz ideal (teoria cinetică moleculară a unui gaz ideal nu prevede tranziția de fază a gazului în lichid).

După ce tot lichidul s-a evaporat, comportamentul vaporilor va corespunde comportamentului unui gaz ideal (secțiunea Soare curba din figura de mai sus).

Abur nesaturat.

Dacă într-un spațiu care conține vapori de lichid, poate avea loc o evaporare suplimentară a acestui lichid, atunci vaporii aflați în acest spațiu sunt nesaturat.

Vaporii care nu sunt în echilibru cu lichidul său se numesc nesaturați.

Vaporii nesaturați pot fi transformați în lichid prin simpla comprimare. Odată ce această transformare a început, vaporii aflati în echilibru cu lichidul devin saturati.

Lichidele tind să se evapore. Dacă aruncăm o picătură de apă, eter și mercur pe masă (doar nu faceți asta acasă!), am putea observa cum picăturile dispar treptat - se evaporă. Unele lichide se evaporă mai repede, altele mai încet. Procesul de evaporare a lichidului se mai numește și vaporizare. Și procesul invers de transformare a aburului în lichid este condensarea.

Aceste două procese ilustrează tranziție de fază- procesul de tranziție a substanțelor dintr-una starea de agregare la altul:

• evaporare (tranziție de la lichid la stare gazoasă);
• condensare (trecerea de la starea gazoasă la starea lichidă);
• desublimare (trecerea de la starea gazoasă la starea solidă, ocolind faza lichidă);
• sublimarea, cunoscută și sub denumirea de sublimare (tranziție de la starea solidă la starea gazoasă, ocolirea lichidului).

Acum, apropo, este sezonul potrivit pentru a observa procesul de desublimare în natură: înghețul și bruma pe copaci și obiecte, modelele înghețate pe ferestre sunt rezultatul acestuia.

Cum se formează aburul saturat și nesaturat

Dar să revenim la vaporizare. Vom continua să experimentăm și să turnăm lichid - apă, de exemplu, într-un vas deschis și vom conecta un manometru la acesta. Invizibil pentru ochi, evaporarea are loc în vas. Toate moleculele lichide sunt în mișcare continuă. Unii se mișcă atât de repede încât energia lor cinetică este mai puternică decât cea care leagă moleculele lichide.

După ce au părăsit lichidul, aceste molecule continuă să se miște haotic în spațiu, marea majoritate se dispersează în el - așa abur nesaturat. Doar o mică parte dintre ele revine înapoi în lichid.

Dacă închidem vasul, numărul de molecule de vapori va crește treptat. Și tot mai mulți dintre ei se vor întoarce la lichid. Acest lucru va crește presiunea aburului. Acest lucru va fi înregistrat de un manometru conectat la vas.

După ceva timp, numărul de molecule care zboară din lichid și se întorc la acesta va fi egal. Presiunea aburului va înceta să se mai schimbe. Ca urmare saturație cu abur se va stabili echilibrul termodinamic al sistemului lichid-vapori. Adică, evaporarea și condensarea vor fi egale.

Proprietățile aburului saturat

Pentru a le ilustra clar, folosim un alt experiment. Folosește-ți toată puterea imaginației pentru a-l imagina. Deci, să luăm un manometru cu mercur, format din două coate - tuburi comunicante. Ambele sunt umplute cu mercur, un capăt este deschis, celălalt este sigilat, iar deasupra mercurului există încă o anumită cantitate de eter și vaporii săi saturati. Dacă coborâți și ridicați genunchiul nesigilat, nivelul de mercur din cel sigilat va scădea și va crește și el.

În acest caz, se va modifica și cantitatea (volumul) de vapori de eter saturat. Diferența dintre nivelurile coloanelor de mercur din ambele picioare ale manometrului arată presiunea de vapori saturați a eterului. Va rămâne neschimbat tot timpul.

Aceasta implică proprietatea aburului saturat - presiunea acestuia nu depinde de volumul pe care îl ocupă. Presiunea vaporilor saturați a diferitelor lichide (apă și eter, de exemplu) este diferită la aceeași temperatură.

Cu toate acestea, temperatura aburului saturat contează. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât presiunea este mai mare. Presiunea aburului saturat crește odată cu creșterea temperaturii mai repede decât în ​​cazul aburului nesaturat. Temperatura și presiunea aburului nesaturat sunt legate liniar.

Se poate face un alt experiment interesant. Luați un balon gol fără vapori de lichid, închideți-l și conectați manometrul. Treptat, picătură cu picătură, adăugați lichid în balon. Pe măsură ce lichidul intră și se evaporă, se stabilește presiunea de vapori saturați, cea mai mare pentru un anumit lichid la o anumită temperatură.

Mai multe despre temperatură și abur saturat

Temperatura aburului afectează și viteza de condensare. La fel cum temperatura unui lichid determină viteza de evaporare - cu alte cuvinte, numărul de molecule care zboară de la suprafața lichidului pe unitatea de timp.

Pentru aburul saturat, temperatura acestuia este egală cu temperatura lichidului. Cu cât temperatura vaporilor saturati este mai mare, cu atât presiunea și densitatea acestuia sunt mai mari, cu atât densitatea lichidului este mai mică. Când este atinsă temperatura critică pentru o substanță, densitatea lichidului și a vaporilor este aceeași. Dacă temperatura vaporilor este mai mare decât temperatura critică pentru substanță, diferențele fizice dintre vaporii lichid și saturati sunt șterse.

Determinarea presiunii vaporilor saturați într-un amestec cu alte gaze

Am vorbit despre presiunea vaporilor saturați care este constantă la o temperatură constantă. Am determinat presiunea în condiții „ideale”: când un vas sau un balon conține lichid și vapori dintr-o singură substanță. Să luăm în considerare și un experiment în care moleculele unei substanțe sunt împrăștiate în spațiu într-un amestec cu alte gaze.

Pentru a face acest lucru, luați doi cilindri de sticlă deschisi și plasați vase închise cu eter în ambele. Ca de obicei, să conectăm manometrele. Deschidem un vas cu eter, după care manometrul înregistrează creșterea presiunii. Diferența dintre această presiune și presiunea dintr-un cilindru cu un vas închis de eter ne permite să aflăm presiunea vaporilor saturati de eter.

Despre presiune și fierbere

Evaporarea este posibilă nu numai de la suprafața lichidului, ci și în volumul acestuia - atunci se numește fierbere. Pe măsură ce temperatura lichidului crește, se formează bule de vapori. Când presiunea vaporilor saturați este mai mare sau egală cu presiunea gazului din bule, lichidul se evaporă în bule. Și se extind și se ridică la suprafață.

Lichidele fierb la temperaturi diferite. În condiții normale, apa fierbe la 100 0 C. Dar odată cu modificarea presiunii atmosferice, se modifică și punctul de fierbere. Așadar, la munte, unde aerul este foarte rarefiat și presiunea atmosferică este mai mică, pe măsură ce te ridici în munți punctul de fierbere al apei scade.

Apropo, fierberea într-un vas închis ermetic este deloc imposibilă.

Un alt exemplu de relație dintre presiunea vaporilor și evaporare este demonstrat de o astfel de caracteristică a conținutului de vapori de apă din aer ca umiditatea relativă a aerului. Este raportul dintre presiunea parțială a vaporilor de apă și presiunea vaporilor saturați și este determinat de formula: φ = r/r o * 100%.

Pe măsură ce temperatura aerului scade, concentrația de vapori de apă din acesta crește, adică. devin mai saturate. Această temperatură se numește punct de rouă.

Să rezumam

Folosind exemple simple, am analizat esența procesului de evaporare și aburul nesaturat și saturat format ca urmare. Toate aceste fenomene le poți observa în jurul tău în fiecare zi: de exemplu, vezi bălți care se usucă pe străzi după ploaie sau o oglindă aburită de aburi în baie. În baie, puteți chiar observa cum se formează mai întâi abur, iar apoi umiditatea acumulată pe oglindă se condensează înapoi în apă.

De asemenea, puteți folosi aceste cunoștințe pentru a vă face viața mai confortabilă. De exemplu, iarna aerul din multe apartamente este foarte uscat, iar acest lucru are un efect negativ asupra bunăstării. Puteți folosi un umidificator modern pentru a-l face mai umed. Sau, la modă veche, puneți un recipient cu apă în cameră: evaporând treptat, apa va satura aerul cu vaporii săi.

site-ul web, atunci când copiați materialul integral sau parțial, este necesar un link către sursă.

Subiecte ale codificatorului examenului unificat de stat: vapori saturați și nesaturați, umiditatea aerului.

Dacă un pahar de apă deschis este lăsat mult timp, apa se va evapora în cele din urmă complet. Mai exact, se va evapora. Ce este evaporarea și de ce se întâmplă?

Evaporare și condensare

La o anumită temperatură, moleculele lichide au viteze diferite. Vitezele majorității moleculelor sunt apropiate de o anumită valoare medie (caracteristică acestei temperaturi). Dar există molecule ale căror viteze diferă semnificativ de medie, atât mai mici, cât și mai mari.

În fig. Figura 1 prezintă un grafic aproximativ al distribuției moleculelor lichide în funcție de viteză. Fondul albastru arată majoritatea moleculelor ale căror viteze sunt grupate în jurul valorii medii. „Coada” roșie a graficului este un număr mic de molecule „rapide”, ale căror viteze depășesc semnificativ viteza medie a majorității moleculelor lichide.

Orez. 1. Distribuția moleculelor după viteză

Când o astfel de moleculă foarte rapidă se găsește pe suprafața liberă a lichidului (adică la interfața dintre lichid și aer), energia cinetică a acestei molecule poate fi suficientă pentru a depăși forțele atractive ale altor molecule și a zbura din lichid. . Acest proces este evaporare, iar moleculele care părăsesc forma lichidă aburi.

Aşa, evaporarea este procesul de transformare a unui lichid în vapori care are loc pe suprafața liberă a lichidului(la conditii speciale Transformarea lichidului în vapori poate avea loc pe întregul volum al lichidului. Acest proces vă este bine cunoscut - este fierbere).

Se poate întâmpla ca după ceva timp molecula de vapori să revină înapoi în lichid.

Procesul prin care moleculele de vapori se transformă în lichid se numește condensare. Condensarea vaporilor este procesul invers al evaporării lichidului.

Echilibru dinamic

Ce se întâmplă dacă un vas cu lichid este închis ermetic? Densitatea vaporilor deasupra suprafeței lichidului va începe să crească; Particulele de vapori vor interfera din ce în ce mai mult cu alte molecule lichide care zboară, iar viteza de evaporare va începe să scadă. În același timp, viteza de condensare va începe să crească, deoarece odată cu creșterea concentrației de vapori, numărul de molecule care se întorc în lichid va deveni din ce în ce mai mare.

În cele din urmă, la un moment dat, viteza de condensare va fi egală cu viteza de evaporare. Va veni echilibru dinamicîntre lichid și vapori: pe unitatea de timp, același număr de molecule vor zbura din lichid ca și revenirea la acesta din vapori. Începând din acest moment, cantitatea de lichid va înceta să scadă, iar cantitatea de vapori va înceta să crească; aburul va ajunge la „saturație”.

Vaporii saturați sunt vapori care se află într-o stare de echilibru dinamic cu lichidul său. Vaporii care nu au atins o stare de echilibru dinamic cu lichidul se numesc nesaturați.

Presiunea și densitatea aburului saturat sunt notate cu și . Evident, și sunt presiunea și densitatea maximă pe care le poate avea aburul la o anumită temperatură. Cu alte cuvinte, presiunea și densitatea aburului saturat depășesc întotdeauna presiunea și densitatea aburului nesaturat.

Proprietățile aburului saturat

Se dovedește că starea aburului saturat (și cu atât mai mult a aburului nesaturat) poate fi descrisă aproximativ prin ecuația de stare a unui gaz ideal (ecuația Mendeleev-Clapeyron). În special, avem o relație aproximativă între presiunea vaporilor saturați și densitatea acesteia:

(1)

Acest lucru este foarte fapt uimitor, confirmat prin experiment. Într-adevăr, prin proprietățile sale, aburul saturat diferă semnificativ de un gaz ideal. Să enumerăm cele mai importante dintre aceste diferențe.

1. La o temperatură constantă, densitatea vaporilor saturați nu depinde de volumul acestuia.

Dacă, de exemplu, aburul saturat este comprimat izotermic, atunci densitatea sa va crește inițial, viteza de condensare va depăși rata de evaporare și o parte din vapori se va condensa în lichid - până când echilibrul dinamic apare din nou, în care densitatea vaporilor va reveni. la valoarea sa anterioară.

În mod similar, în timpul expansiunii izoterme a aburului saturat, densitatea acestuia va scădea inițial (aburul va deveni nesaturat), viteza de evaporare va depăși rata de condensare, iar lichidul se va evapora în continuare până când echilibrul dinamic este stabilit din nou - adică. până când aburul devine din nou saturat la aceeași densitate.

2. Presiunea aburului saturat nu depinde de volumul acestuia.

Acest lucru rezultă din faptul că densitatea vaporilor saturați nu depinde de volum, iar presiunea este legată în mod unic de densitate prin ecuația (1).

După cum vedem, Legea lui Boyle-Mariotte, valabilă pentru gazele ideale, nu este satisfăcută pentru aburul saturat. Acest lucru nu este surprinzător - la urma urmei, se obține din ecuația Mendeleev-Clapeyron în ipoteza că masa gazului rămâne constantă.

3. La un volum constant, densitatea vaporilor saturați crește odată cu creșterea temperaturii și scade odată cu scăderea temperaturii..

Într-adevăr, pe măsură ce temperatura crește, crește viteza de evaporare a lichidului.

În primul moment, echilibrul dinamic este perturbat și are loc o evaporare suplimentară a unei părți a lichidului. Perechea va fi adăugată până când echilibrul dinamic este restabilit.

De asemenea, pe măsură ce temperatura scade, rata de evaporare a lichidului devine mai lentă, iar o parte din vapori se condensează până când echilibrul dinamic este restabilit - dar cu mai puțini vapori.

Astfel, în timpul încălzirii sau răcirii izocorice a aburului saturat, masa acestuia se modifică, prin urmare legea lui Charles în în acest caz, nu merge. Dependența presiunii vaporilor saturați de temperatură nu va mai fi o funcție liniară.

4. Presiunea vaporilor saturați crește cu temperatura mai repede decât liniar.

De fapt, cu creșterea temperaturii, densitatea vaporilor saturați crește, iar conform ecuației (1) presiunea este proporțională cu produsul dintre densitate și temperatură.

Dependența presiunii vaporilor saturați de temperatură este exponențială (Fig. 2). Este reprezentat de secțiunea 1–2 a graficului. Această dependență nu poate fi derivată din legile gazelor ideale.

Orez. 2. Dependența presiunii aburului de temperatură

La punctul 2 se evaporă tot lichidul; cu o creștere suplimentară a temperaturii, aburul devine nesaturat, iar presiunea acestuia crește liniar conform legii lui Charles (secțiunea 2-3).

Să reamintim că creșterea liniară a presiunii unui gaz ideal este cauzată de o creștere a intensității impactului moleculelor asupra pereților vasului. Când aburul saturat este încălzit, moleculele încep să bată nu numai mai tare, ci și mai des - deoarece aburul devine mai mare. Este cauzată acțiunea simultană a acestor doi factori crestere exponentiala presiunea aburului saturat.

Umiditate

Umiditate absolută este presiunea parțială a vaporilor de apă în aer (adică presiunea pe care vaporii de apă ar exercita-o singuri, în absența altor gaze). Uneori, umiditatea absolută este numită și densitatea vaporilor de apă din aer.

Umiditatea relativă- acesta este raportul dintre presiunea parțială a vaporilor de apă din ea și presiunea vaporilor de apă saturati la aceeași temperatură. De obicei, acest raport este exprimat ca procent:

Din ecuația Mendeleev-Clapeyron (1) rezultă că raportul presiunilor de vapori este egal cu raportul densităților. Deoarece ecuația (1) însăși, ne amintim, descrie aburul saturat doar aproximativ, avem o relație aproximativă:

Unul dintre dispozitivele care măsoară umiditatea aerului este psicrometru. Include două termometre, dintre care rezervorul unuia este învelit într-o cârpă umedă. Cu cât umiditatea este mai mică, cu atât evaporarea apei din țesătură este mai intensă, cu atât rezervorul termometrului „umed” se răcește și diferența dintre citirile acestuia și cele ale termometrului uscat este mai mare. Pe baza acestei diferențe, umiditatea aerului este determinată folosind un tabel psicrometric special.