Насыщенные и ненасыщенные пары

Согласно молекулярно-кинетической теории в твердых и жидких веществах всегда присутствует некоторое количество молекул, имеющих большие скорости, которые позволяет им покинуть пределы основного вещества, то есть испариться. Таким образом молекулы переходят в газообразное состояние и становятся паром. Различают насыщенные и ненасыщенные пары. Разберемся чем они отличаются друг от друга.

Процесс образования пара

Температура вещества определяется средней кинетической энергией молекул. Но при любой температуре находятся “быстрые” молекулы, имеющие скорости (и кинетическую энергию) на много больше средней. Это позволяет им преодолеть силу притяжения соседних молекул и “вырваться наружу”, то есть превратиться в пар и перейти в газообразное состояние. Доля таких молекул от общего их количества определяется распределением Максвелла.

Рис. 1. Распределения Максвелла для скоростей и кинетических энергий молекул идеального газа.

Часть быстрых молекул пара, сталкиваясь с другими молекулами и стенками сосуда, теряет скорость, “охлаждается”, и возвращается обратно в жидкость. Обратный процесс перехода из парообразного состояния в жидкое называется конденсацией.

Эксперименты показывают, что для превращения жидкости в пар при постоянной температуре необходимо передать ей количество теплоты Q, пропорциональное массе m жидкости, превратившейся в пар:

$ 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.

Что такое насыщенный пар

Наблюдения показывают, что при увеличении температуры скорость испарения возрастает. Лужи после дождя исчезают гораздо быстрее, когда есть ветер. Это говорит о том, что скорость испарения увеличивается, если образовавшийся пар удаляется с границы раздела жидкость – пар. Если пар совсем не удалять, например, плотно закупорить сосуд пробкой, то испарение прекратится. То есть установится равновесная ситуация — число частиц, покидающих вещество за единицу времени, будет равно числу частиц возвращающихся обратно за тот же промежуток времени. При этом говорят, что система вещество-пар находится в динамическом равновесии, а пар называется насыщенным. Само название говорит о том, что в данном объеме достигнут предел по количеству пара.

Динамическое равновесия жидкости и пара

Рис. 2. Динамическое равновесия жидкости и пара.

Что такое ненасыщенный пар

Если число частиц, покидающих вещество за единицу времени больше числа частиц возвращающихся обратно за то же время, то пар называется ненасыщенным. Значит, когда пар ненасыщен, процесс испарения идет не останавливаясь, и масса вещества в жидкой (или твердой) фазе уменьшается, а количество ненасыщенного пара увеличивается. Ситуация становится неравновесной: динамическое равновесие отсутствует.

Не следует путать водяной пар и туман, хотя и тот, и другой состоят из молекул воды. Туман образуется в атмосфере в результате конденсации водяных паров, которые собираются в мелкие водяные капли. При этом воздух утрачивает свою оптическую прозрачность. Водяной пар образовывается над поверхностями водоемов, оставаясь абсолютно прозрачным.

Пар, облака и туман

Рис. 3. Пар, облака и туман.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, чем отличается насыщенный пар от ненасыщенного. Если число частиц, покидающих вещество за единицу времени больше числа частиц возвращающихся обратно за то же время, то пар называется ненасыщенным. Когда число молекул, покидающих вещество за единицу времени равно числу молекул возвращающихся обратно за то же время, то этом случае пар называется насыщенным.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

    Процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное называется...?

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

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.7. Всего получено оценок: 173.

Предметы