Випаровування і конденсація. Насичена пара і її властивості.
Пароутворення — це процес переходу рідини в газоподібний стан. Він може здійснюватися двома шляхами: випаровуванням та кипінням.
Випаровування — це процес, при якому з поверхні рідини вилітають молекули, середня кінетична енергія яких перевищує енергію зв’язку молекул усередині рідини. Випаровування супроводжується охолодженням рідини і може відбуватися за будь-якої температури. Інтенсивність випаровування буде залежати від площі поверхні рідини, від температури рідини, від наявності вітру та від властивостей самої рідини.
Кипіння — це процес інтенсивного випаровування. При кипінні пароутворення відбувається по всій рідині. Щоб рідина закипіла, її треба довести до певної температури — температури кипіння. Чим більший атмосферний тиск, тим температура кипіння вища.
Кількість теплоти, необхідна для випаровування рідини, взятої за температури кипіння, залежить від її маси та питомої теплоти пароутворення.
Питома теплота пароутворення показує, яку кількість теплоти необхідно надати рідині масою 1 кг, щоб повністю перетворити її на пару за температури кипіння. Питома теплота пароутворення позначається літерою r та в Системі Інтернаціональній вимірюється у джоулях, поділених на кілограм. Процес кипіння відбувається при незмінній температурі. Для кожної рідини температура кипіння своя і залежить тільки від атмосферного тиску.
Для того щоб знайти кількість теплоти, яка необхідна для перетворення у пару рідини, треба масу тіла помножити на його питому теплоту пароутворення.
|
|
|
Процес, при якому пара перетворюється на рідину, називається конденсацією.Конденсуючись, пара віддає ту кількість теплоти, яка пішла на її утворення.
В рідині молекули знаходяться в неперервному хаотичномутепловому (броунівському) русі. Якщо молекула випадково з'являється біля поверхні рідини і матиме швидкість, достатню для подолання притягання з боку інших молекул, вона зможе вийти в простір над рідиною. Молекули, котрі задовольняють даним умовам, існують у вибраному об’ємі завжди, що доводиться роподілом Максвелла по швидкостях.
Швидкість випаровування (кількість молекул, що вилітає з 1 м2вільної поверхні рідини за 1 с визначається:
1) видом рідини;
2) температурою;
3) тиском пари над рідиною.
Сукупність молекул, що знаходяться в просторі над рідиною, називають парою, а процес переходу рідини в стан пари - пароутворенням.
Пароутворення з вільної поверхні рідини називають випаровуванням
Молекули пари, рухаючись хаотично, можуть набути швидкості, напрямленої, наприклад, в бік рідини, і до неї повернутись. Процес переходу молекул пари в рідину називаютьконденсацією.
|
|
|
Швидкість конденсації залежить від:
1) концентрації молекул пари над рідиною;
2) температури.
Оскільки з рідини під час випаровування вилітають найшвидші молекули, то середня швидкість тих молекул, що залишились, зменшується, тому під час випаровування рідина охолоджується. Для підтримання температури такої рідини сталою необхідно підводити тепло. Унаслідок конденсації затрачене для випаровування тепло повертається
Розглянемо герметично закриту посудину, що містить рідину і пару. Через деякий час між рідиною і парою наступить стан теплової (динамічної) рівноваги. При цьому кількість молекул, що випаровуються за час Δt, стане дорівнювати кількості молекул, якіповертаються в рідину (конденсуються) за такий самий час.
Пару, що знаходиться в тепловій динамічній рівновазі зі своєю рідиною, називаютьнасиченою. Зрідка вдається одержати насичену пару і у відчинених посудинах.
Тиск насиченої пари наближено можна розрахувати за виразом основного рівняння МКТ:
p = nkT
Оскільки концентрація молекул насиченої пари не залежить від об'єму за сталої температури, то і тиск насиченої пари не залежить від об'єму, а залежить від температури. Ці закономірності встановлено експериментально. З підвищенням температури тиск насиченої пари зростає швидше, ніж тиск ідеального газу (див мал.), бо під час нагрівання тиск насиченої пари збільшується не тільки через підвищення температури, а й унаслідок збільшення концентрації молекул (густини) пари.
|
|
|
|
| Мал. Залежність тиску насиченої пари від температури |
Коли вся рідина випарується, пара за подальшого нагрівання стане вже ненасиченою і її тиск за сталого об'єму зростатиме прямо пропорційно абсолютній температурі (див мал.,ділянка КС).
Описати стан ненасиченої пари можна використовуючи закони ідеального газу, а стан насиченої пари - за рівнянням Клапейрона-Менделеєва за низьких температур і малих концентрацій:
рн = ρн∙RT/μ
У міру збільшення температури рідини інтенсивність випаровування збільшується.Випаровування відбувається за будь-якої температури. Особливим видом випаровування є процес кипіння.
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 741; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!