Давление насыщенного пара

Процесс перехода быстрых (высокоэнергетичных) молекул из жидкого (или твердого) состояния в пар называется испарением. Обратный процесс, когда молекулы из газообразного состояния возвращаются в жидкое, называется конденсацией. Пар, находящийся в равновесии с жидкостью (веществом), называется насыщенным паром. Важным параметром, характеризующим этот процесс является давление насыщенного пара.

Удельная теплота парообразования

Наблюдения показывают, что для перевода жидкости в пар при постоянной температуре необходимо передать ей количество теплоты Q, пропорциональное массе m жидкости, превратившейся в пар, что можно записать в виде формулы:

$ Q = r * m $ (1),

где: коэффициент пропорциональности r — удельная теплота парообразования, (Дж/кг). Удельная теплота парообразования указывает, какое количество теплоты требуется для превращения 1 кг жидкости в пар при постоянной температуре. Экспериментальные значения удельной теплоты парообразования для разных веществ приведены в справочных таблицах.

Давление пара

Пускай имеется цилиндр, в котором находится жидкость в равновесии с насыщенным паром. Будем считать, что температура не меняется. При сжатии насыщенного пара, находящегося в равновесии с жидкостью, сначала равновесие будет нарушено. Плотность пара увеличится, и из газа в жидкость будет переходить молекул больше, чем из жидкости в газ, так как количество испаряющихся молекул зависит только от температуры, а сжатие пара на это не влияет. Этот процесс выравнивания потоков молекул будет происходить до установления динамического равновесия, и достижения (концентрации молекул) первоначального значения плотности пара (концентрации молекул).

Значит, концентрация молекул насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объема. Давление газа p описывается известной формулой:

$ p = n * k* T $ (2),

где: n — концентрация молекул газа, T — температура, k — постоянная Больцмана.

Следовательно, давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объема.

Давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объема

Рис. 1. Давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объема.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры

Из формулы (2) следует, что давление насыщенного пара pнп зависит только от температуры.

Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры

Рис. 2. Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры.

Из экспериментальных графиков видно, что зависимость pнп(T) не линейна (не прямо пропорциональна). С ростом Т давление pнп растет быстрее, чем давление идеального газа. Дело в том, что давление насыщенного пара растет также за счет увеличения концентрации молекул (плотности) пара, так как с ростом температуры растет число испарившихся молекул. В идеальном газе такой механизм отсутствует — давление в нем растет только за счет роста кинетической энергии молекул.

Для большинства веществ экспериментально получены значения давлений насыщенных паров при различных температурах. Эти данные можно найти в справочниках или на соответствующих интернет-ресурсах. В качестве примера ниже приведена такая таблица для воды и ртути.

Таблица зависимости давления насыщенных паров от температуры для воды и ртути

Температура,0С

Давление паров воды,

мм.рт.ст.

Давление паров ртути,

мм.рт.ст.

Температура,0С

Давление паров воды,

мм.рт.ст.

Давление паров ртути,

мм.рт.ст.

0

4,58

0,00021

100

760

0,28

20

17,5

0,0013

120

1489

0,76

40

55,3

0,0065

140

2711

1,85

60

149

0,026

200

11660

17,2

80

355

0,092

300

64450

245

90

526

0,16

374

165530

1100

На предметах, принесенных в помещение с мороза образуются капли воды, “выпадает роса”. Это происходит из-за насыщения водяными парами. Также объясняется запотевание оконных стекол в наших квартирах. Образование капелек конденсата связано с термином “точка росы”. Точка росы — это температура, при которой водяной пар в охлажденном воздухе становиться насыщенным и начинает конденсироваться.

Точка росы

Рис. 3. Точка росы.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что пар, находящийся в равновесии с жидкостью называется насыщенным. Давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объема. С ростом температуры давление насыщенного пара растет.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

    Пар, находящийся в динамическом равновесии с жидкостью называется...?

Начать тест(новая вкладка)
Доска почёта
Чтобы попасть сюда - пройдите тест.
    Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 257.

Предметы