Андрей Смирнов
Время чтения: ~9 мин.
Просмотров: 0

Вода испаряется

Насыщенный водяной пар

Вернемся к эксперименту. Итак, у нас в закрытой банке
жидкость. Что происходит? Испарение воды. Процесс начинается при низкой
плотности воздуха. Благодаря пару, давление на поверхность жидкости возрастает,
оно препятствует движению молекул. Их все меньше и меньше отрывается от воды.
Наступает момент, когда образуются капли влаги. Этот процесс называется
«конденсация». Когда скорость образования пара равна скорости конденсации,
возникает термодинамическое равновесие. Пар в этот момент считается насыщенным.
Жидкость и газ уравновешивают друг друга. Такое состояние достигается при
определенных условиях, важные параметры:

  1. Температура, изменение на долю градуса нарушает равновесие. При повышении парообразование ускоряется, при понижении увеличивается процесс конденсации влаги.
  2. Давление, при его понижении молекулы жидкой фазы свободнее передвигаются, отрываются от поверхности, начинается испарение воды.

Почему не учитывается объем банки? Он не меняет термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения. Допустим, крышка экспериментальной банки опустилась ниже, объем уменьшился. К чему это приведет? Пар будет ускоренно конденсироваться до момента равновесия. При увеличении объема ускорится парообразование, но замкнутая система опять придет в равновесное состояние.

Изучая термодинамику, легко понять, почему пар обжигает
сильнее воды той же температуры. Что такое кипение? Состояние, при котором
жидкая фаза активно превращается в парообразное состояние. Следовательно,
происходит обратный процесс конденсации, он сопровождается выделением теплоты.
За счет этого ожог от пара сильнее.

Удельная теплоемкость возрастает, если повышается температура
воды. Процесс парообразования виден в момент кипения. При повышении давления
температура газов достигает 200°С, это свойство используется в теплотехнике,
горячим, вязким паром заполняют теплообменники.

Давление насыщенного водяного пара

Формула p=nkT указывает на прямую зависимость давления
идеального газа (p) и его температуры (Т). Параметр n –число молекул,
содержащихся в заданном объеме, характеризует плотность пара. Постоянная
Больцмана k устанавливает взаимосвязь температуры с энергией образования
вещества (энтальпия).

Пар нельзя сравнивать с идеальным газом. Его давление при
повышении температуры растет быстрее из-за повышения плотности. Концентрация
частиц в неизменном объеме возрастает. Эти особенности свойств водяного пара
необходимо учитывать при расчетах давления насыщенного водяного пара. Если в
идеальном газе возрастает энергия ударов молекул о стенки сосуда, то в
насыщенном паре существенно возрастает число ударов за счет увеличения
концентрации активных частиц.

Плотность насыщенного водяного пара

Плотностью называется отношение массы вещества к его объему.
Этот параметр характеризует расстояние между отдельными молекулами. В жидкой
фазе они сцепляются между собой, в твердой расположены симметрично относительно
друг друга. В газообразном находятся на произвольном удаленном расстоянии, чем
объясняется отличие плотности водяного пара от плотности воды.

Теперь подробно рассмотрим, какое влияние оказывает на
плотность насыщенных водяных паров изменение температуры. Она непостоянна из-за
изменения массы газообразной фазы:

  • при повышении температуры она возрастает за счет
    ускорения испарения;
  • при понижении – падает, вода активно
    конденсируется.

По сути, она должна постоянно меняться, так как частицы воды
непрерывно движутся, переходят из одного агрегатного состояния в другое. Но при
динамическом равновесии концентрация неизменна: сколько молекул испарится,
столько же конденсируется. Показатели устанавливаются экспериментально для
каждой температуры. Их значения сведены в таблицы.

Как влияет давление на процесс закипания воды

Важно! Не стоит принимать в пищу что-либо, что не прошло термическую обработку или хорошо не проварено. Особенно если дело касается походов и прочих вылазок на природу

Нужно заранее предусмотреть подобные нюансы и застраховать себя от возможных неожиданностей.

Находясь возле моря, температура кипения всегда будет равна 100 градусам. Подымаясь в горы, на пройденные 300 метров вверх температура для закипания будет снижаться на 1 градус. Поэтому жителям, чьи дома находятся на возвышениях, рекомендуют пользоваться автоклавами для кипячения жидкости, чтобы она получалась более горячей.

Внимание! Данную информацию обязательно должны знать работники медицинских учреждений и лабораторий. Ведь известно, чтобы стерилизовать продукты и приборы требуется температура от 100 градусов и выше

В противном случае инструмент и прочие приспособления не будут стерильными, что впоследствии может принести массу осложнений

Ведь известно, чтобы стерилизовать продукты и приборы требуется температура от 100 градусов и выше. В противном случае инструмент и прочие приспособления не будут стерильными, что впоследствии может принести массу осложнений.

Известно, что наиболее высокий градус воды все еще не обнаружили. Это следствие того, что она может расти до момента, пока не будет предела по атмосферному давлению, вернее, его росту. Паровые турбины разогревают воду до 400 градусов, при этом она не закипает, а давление соблюдается в 30-40 атмосфер.

Физика для средней школы

Испарение и конденсация

Переход вещества в газообразное состояние называется парообразованием.

Совокупность молекул, вылетевших из вещества, называется паром этого вещества.

При парообразовании увеличиваются средние расстояния между молекулами. В результате потенциальная энергия взаимодействия частиц увеличивается (численное значение ее уменьшается, но она отрицательна). Таким образом, процесс парообразования связан с увеличением внутренней энергии вещества.

Парообразование может происходить непосредственно из твердого состояния — это возгонка (или сублимация).

Переход из жидкого состояния в газообразное возможен двумя различными процессами: испарением и кипением.

Испарение — это парообразование, происходящее только со свободной поверхности жидкости, граничащей с газообразной средой или с вакуумом.

Экспериментально установлены следующие закономерности:

  1. При одинаковых условиях различные вещества испаряются с различной скоростью (скорость испарения определяется числом молекул, переходящих в пар с поверхности вещества за 1 с).
  2. Скорость испарения тем больше:
    1. чем больше площадь свободной поверхности жидкости;
    2. чем меньше плотность паров над поверхностью жидкости. Скорость увеличивается при движении окружающего воздуха (ветер);
    3. чем больше температура жидкости.
  3. При испарении температура тела понижается.

Механизм испарения можно объяснить с точки зрения MKT: молекулы, находящиеся на поверхности, удерживаются силами притяжения со стороны других молекул вещества. Молекула может вылететь за пределы жидкости лишь тогда, когда ее кинетическая энергия превышает значение той работы, которую необходимо совершить, чтобы преодолеть силы молекулярного притяжения (работа выхода). Поэтому покинуть вещество могут только быстрые молекулы. В результате средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается, а температура жидкости понижается.

Для поддержания температуры испаряющейся жидкости неизменной к ней необходимо подводить некоторое количество теплоты.

Количество теплоты Q, необходимое для превращения жидкости в пар при постоянной температуре, называется теплотой парообразования.

Экспериментально установлено, что Q = Lm, где m — масса испарившейся жидкости, L — удельная теплота парообразования.

Удельное тепло парообразования — величина, численно равная количеству теплоты, необходимому для превращения в пар жидкости единичной массы при неизменной температуре.

Рис. 1

Удельная теплота парообразования L зависит от рода жидкости и внешних условий. При увеличении температуры она уменьшается (рис. 1). Это объясняется тем, что все жидкости при нагревании расширяются. Расстояния между молекулами при этом увеличиваются и силы молекулярного взаимодействия уменьшаются. Кроме того, чем больше температура, тем больше средняя кинетическая энергия движения молекул и тем меньше энергии им нужно добавить, чтобы они могли вылететь за пределы поверхности жидкости.

Молекулы пара хаотически движутся. Поэтому скорости некоторых из них будут направлены в сторону жидкости. Достигнув поверхности, они втягиваются в нее силами притяжения со стороны молекул, находящихся на поверхности жидкости, и снова становятся молекулами жидкости. Процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией.

Число возвратившихся в жидкость за определенный промежуток времени молекул тем больше, чем больше концентрация молекул пара, а следовательно, чем больше давление пара над жидкостью. Конденсация пара сопровождается нагреванием жидкости. При конденсации выделяется такое же количество теплоты, которое было затрачено при испарении.

Температура пара кипящей воды в чайнике

Пар это и есть жидкость, только ее состояние переходит в газообразный вид. При взаимодействии с воздухом, он, как и прочие газообразные вещества, может воздействовать на него давлением. Во время парообразования, температура пара и жидкости будут постоянны до момента, когда жидкость не окажется испарена. Случается это в связи с тем, что вся сила температуры уходит на образование пара. Такая ситуация способствует образованию сухого насыщенного пара.

Важно знать! Когда кипит жидкость, пар имеет идентичные с ней градусы. Горячее, чем сама жидкость, получится получать пар исключительно с применением специальных приспособлений

Градусы, требуемые для закипания обычной жидкости, имеют величину в 100 градусов Цельсия.

При какой температуре закипает соленая вода

Соленую воду до кипения довести, возможно, только более высокими температурами, нежели в случае с обычной. В составе соленой же имеется набор ионов, которыми заполнены пространственные промежутки водных молекул. Из-за этого происходит гидратация, когда ионы соли соединяются с молекулами жидкости. Так как после гидратации связь молекул становится ощутимо сильней, соответственно процесс парообразования длится дольше.

За счет нагрева, соленая вода постоянно теряет молекулы, соответственно их сталкивание будет значительно реже. Для закипания потребуется больше времени, чем этого потребует пресная вода. Температуру, с которой можно сделать из соленой воды кипяток, в среднем, можно добавить на 10 градусов Цельсия выше, чем у обычной.

Градус закипания дистиллированной воды

Дистиллированный вид представляет собой очищенную жидкость, которая практически не содержит в себе примеси. Как правило, она предназначена для технического, медицинского и исследовательского применения.

Внимание! Употреблять ее в пищу и готовить на ней еду строго не рекомендуется. Вода делается при помощи специального оборудования-дистиллятора, где пресная вода выпаривается, а пар конденсирует

По окончании дистилляции примеси будут оставаться вне жидкости

Вода делается при помощи специального оборудования-дистиллятора, где пресная вода выпаривается, а пар конденсирует. По окончании дистилляции примеси будут оставаться вне жидкости.

Дистиллированный вид кипит точно также как и пресная с водопроводной — 100 градусах Цельсия. Есть небольшое отличие, что дистиллированная жидкость дойдет до кипения быстрее, однако эта разница совсем незначительна.

При какой температуре вода превращается в лёд

Вода превращается в лед при температуре 0 градусов по Цельсию. Этот ответ верен, если соблюдаются следующие условия:

  • давление атмосферы 760 мм рт.ст.;
  • вода имеет природный состав, то есть в ней присутствуют в небольших количествах различные примеси.

Если вы отдыхали в горной местности или просто видели горы по телевизору, то, наверное, обратили внимание на то, что люди ходят по снегу легко одетыми. Это происходит потому, что при снижении давления на высоте вода замерзает быстрее

Примеси в толще воды играют роль основания для образования кристалликов льда. Если, например, взять дистиллированную воду, то для ее затвердевания понадобится более низкая температура, потому что молекулам воды будет просто не за что зацепиться.

При какой температуре вода превращается в пар

Вода превращается в пар при температуре 100 градусов по Цельсию. Это условие соблюдается также только при давлении 760 мм.рт.ст. При снижении воздушного давления вода начинает кипеть раньше. Интересно, что в лабораторных условиях было определено такое давление, при котором вода может находиться сразу в трех состояниях: в виде льда, жидкости и пара. Эта величина составляет 0,006 атмосфер, а температура «тройной точки» воды равна 0,01 градуса по Цельсию. Если давление снижать и дальше, то вода будет переходить сразу изо льда в пар, минуя жидкое состояние. Таким образом, ответы на вопросы об изменении состояний воды (0 и 100 градусов) верны только для определенных условий. Вот такое загадочное и интересное вещество — вода!

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации