Embedded Files
Ізотермічний перехід ненасиченої пари в рідину
Розглянемо процес ізотермічного стискання пари. Нехай ненасичена пара міститься в термоізольованій посудині (для підтримки сталої температури) з поршнем. Якщо ми стискатимемо поршнем ненасичену пару, її густина і тиск зростатимуть доти, поки пара не стане насиченою. Подальше зменшення об’єму не може збільшити ні густину, ні тиск насиченої пари, бо надлишок її перетворюватиметься на рідину. Згодом уся пара перетворюється на рідину, і поршень доторкнеться до її поверхні. Тепер уже зменшення об’єму залежатиме від стискання рідини, а оскільки рідини важко стискаються, то зменшення об’єму потребує значного збільшення тиску.
Залежність тиску ненасиченої й насиченої пари від об’єму зображено на малюнку. Якщо під поршнем міститься тільки ненасичена пара (точка А), то зменшення її об’єму спричиняє збільшення тиску за ізотермою АВ (іншими словами, ненасичена пара підпорядковується закону Бойля — Маріотта для ідеального газу). У точці В пара стає насиченою.
Подальше ізотермічне стискання пари приводить до того, що вона починає конденсуватись (відрізок ВЕ). Пара в цей час є насиченою, тиск не змінюється. Густина й тиск насиченої пари за незмінної температури є сталими величинами (ділянка ВЕ).
Коли вся пара сконденсується (точка Е), подальше зменшення об’єму спричинить стискання рідини (ділянка ЕF).
Отже, для ненасиченої пари (як і для ідеального газу) виконується закон Бойля — Маріотта, для насиченої пари цей закон не виконується: тиск і густина насиченої пари не залежать від об’єму.
Залежнысть тиску пари выд температури
З’ясуємо, як поводитиме себе насичена й ненасичена пара в ізохорному процесі. Для цього візьмемо герметично закриту посудину (для підтримки сталого об’єму), з’єднану з манометром. У посудині міститься тільки рідина та її пара (інших газів немає). Нагріваючи посудину, фіксуватимемо значення температури й тиску пари. Графічно цю залежність наведено на малюнку.
Під час нагрівання кількість рідини в закритій посудині зменшується, отже, густина і маса пари в посудині при нагріванні збільшується. Тиск насиченої пари зростає не тільки внаслідок збільшення температури, а й внаслідок збільшення густини пари. Тож залежність тиску насиченої пари від температури (ділянка АВ) не підпорядковується закону Шарля.
Коли вся рідина випарується, пара за дальшого нагрівання стане вже ненасиченою і її тиск за сталого об’єму зростатиме прямо пропорційно абсолютній температурі (ділянка ВС).
Робимо висновок: закон Шарля до насиченої пари не застосовний.
Залежність густини рідини та її пари від температури
Зворотний перехід ненасиченої пари в насичену, а потім — у рідину, як і перехід рідини в насичену й ненасичену пару, може відбуватися двома шляхами — під час зміни об’єму пари та за зміни її температури. Якщо охолоджувати ненасичену пару за сталого тиску, вона стає насиченою, а потім конденсується в рідину (утворення туману, роси).
Під час нагрівання густина насиченої пари зростає, а густина рідини зменшується. Тобто зі зростанням температури їх густини зближуються й за деякої температури Тк (критичної температури) стають однаковими. У цей момент між рідиною та парою зникає межа поділу, пару й рідину не можна розрізнити.
Критична температура — це температура, за якої зникає відмінність фізичних властивостей рідини та її насиченої пари.
За критичної температури густина й тиск насиченої пари стають максимальними, а густина рідини, що перебуває в рівновазі з парою, — мінімальною.
Для кожної речовини існує своє певне значення критичної температури.
Тепер ми можемо дати відповідь на питання, чому одні речовини існують навколо нас і в рідкому, і в газоподібному станах, а інші — тільки в якомусь одному. Особливості газоподібного стану речовини визначаються значеннями температури, яку вона має. Якщо температура газу за атмосферного тиску вища за її критичне значення для цієї речовини, то газ залишається газом, і перетворити його на рідину не можна ні за яких тисків. Парою називають газоподібний стан речовини, для якої звичайні температури виявляються нижчими від критичної температури. Така речовина за звичайних умов може перебувати як у рідкому, так і в газоподібному станах.
Перенасичена пара. Спостереження показують, якщо пара не стискається поряд з рідиною, то пару можна охолодити до температури, нижчої від критичної, але конденсуватись у рідину вона не буде. Така пара називається перенасиченою. Пояснюється це тим, що для конденсації необхідні так звані центри конденсації, які б могли бути зародками краплинок рідини. Центрами конденсації, як правило, є пилинки або йони. Чиста пара конденсується лише після досягнення високого ступеня перенасичення.
Хоча водяної пари в атмосфері мало, порівняно з іншими складовими, її значення для життєдіяльності всього живого — надзвичайне.
Від наявності водяної пари в атмосфері залежить режим випаровування з поверхні суходолу, морів. Перехід водяної пари в рідкий і твердий стани приводить до утворення туманів, хмар, опадів. Виділення теплоти під час конденсації, та замерзання є внутрішнім джерелом енергії руху повітряних мас. Здатність водяної пари поглинати сонячне та інфрачер воне випромінювання Землі впливає на тепловий режим земної поверхні й атмосфери.
Від вмісту водяної пари в атмосфері залежить випаровування води організмом людини, що складається в середньому на 67-68 % з води. За одну добу (залежно від роду занять) з поверхні шкіри й легенів людини випаровується майже 2 кг води. Тривале перебування в теплому й вологому повітрі порушує теплообмін в організмі. Людина стає в’ялою, її працездатність знижується. Саме тому про вміст водяної пари в атмосфері (вологість повітря) щоденно повідомляють у прогнозах погоди.
Важливе значення має вологість для життєдіяльності тваринного та рослинного світу, для процесів сушіння виробів тощо. Контроль і підтримання необхідної вологості дуже важливі також для зберігання книг, творів мистецтва, музичних інструментів, харчових продуктів, овочів, фруктів тощо.
Для підтримання необхідної вологості користуються кондиціонерами, які зволожують чи осушують повітря.
Вологість повітря
Вологість повітря
Вміст водяної пари в повітрі, тобто його вологість, можна схарактеризувати кількома величинами.
Так, абсолютна вологість повітря дорівнює вмісту водяної пари в грамах в одному кубічному метрі повітря (густина водяної пари). За значенням абсолютної вологості не можна судити про те, наскільки водяна пара в цих умовах близька до насичення. Саме тому ввели величину, яка показує, наскільки водяна пара за певної температури близька до насичення — відносну вологість повітря. Звернімо увагу на те, що атмосферний тиск дорівнює сумі тисків сухого повітря та водяної пари, що є в ньому. Тиск, який чинила б водяна пара, коли б не було інших газів, називають парціальним тиском водяної пари. Тепер дамо визначення.
Відносна вологість повітря — це фізична величина, що показує, наскільки водяна пара, що є в повітрі, близька до насичення, і вона вимірюється відношенням парціального тиску водяної пари p, що міститься в повітрі за певної температури, до тискуps насиченої пари (за тієї самої температури), вираженим у відсотках.
Відносна вологість повітря залежить від температури.
Для вимірювання відносної вологості необхідно:
Виміряти температуру повітря і за допомогою спеціальної таблиці знайти тиск насиченої пари при цій температурі.
Встановити точку роси, а потім знайти тиск водяної пари (таблиця), що відповідають тій же температурі.
За формулою зробити обчислення.
Температуру, при якій відносна вологість повітря становить 100% називають точкою роси.
Психрометр - метеорологічний прилад для вимірювання вологості повітря, простий тип гігрометру. У найпростішому випадку складається з сухого і змоченого термометрів (резервуар обгорнутий змоченим батистом). За різницею показів цих термометрів і за допомогою таблиць, номограм визначають абсолютну і відносну вологість повітря. Крім того, за показаннями термометрів знаходять точку роси, максимальний парціальний тиск парів у повітрі, дефіцит вологості.
Розрізняють стаціонарні, аспіраційні та дистанційні психометри.
При температурах нижче - 5° для визначення вологості повітря користуються гігрометром.
Гігрометр - прилад для вимірювання величин, які характеризують вологість речовини в газоподібному стані.
Наприклад - для вимірювання вологості повітря.
Принцип дії волосяного гігрометра заснований на здатності натягнутої знежиреної людської волосини змінювати свою довжину в залежності від вологості повітря.
Сучасні інструменти використовують електронні датчики для вимірювання вологості. Найбільш поширені датчики вимірюють зміну ємності або опору під дією вологи.
В ємнісних датчиках на дві пластини подається змінна напруга. В залежності від кількості водяної пари між пластинами змінюється діелектрична проникність і відповідно ємність, яка впливає на реактивний опір конденсатора.
В опірних датчиках вимірюється опір полімерної мембрани, який змінюється в залежності від кількості поглинутої вологи.
Page updated
Google Sites
Report abuse