Примери са наситена и ненаситена пара. Каква е разликата между наситена пара и ненаситена пара?

Пара, която не е в равновесие с течността си, се нарича ненаситена.

За различни течности динамичното равновесие с пара възниква при различна плътност на парата. Причината за това е разликата в силата междумолекулно взаимодействие. В течности, в които силите на междумолекулно привличане са високи, като например живак, само най-бързите молекули, чийто брой е малък, могат да излетят от течността. Следователно, за такива течности вече на бр висока плътностдвойката е в равновесие. В летливи течности с ниска сила на молекулно привличане, като етер, при същата температура много молекули могат да излетят от течността. Следователно равновесното състояние възниква само при значителна плътност на парите.

Наситената пара има максимална плътност и налягане при дадена температура.

§ 6.3. Реални газови изотерми

За по-подробно изясняване на условията, при които са възможни взаимни трансформации на газ и течност, простите наблюдения на изпарението на течността не са достатъчни. Трябва внимателно да следите промяната в налягането истински газв зависимост от неговия обем при различни температури.

Нека въглеродният диоксид е в цилиндъра под буталото (фиг. 6.3). Бавно ще го компресираме, докато вършим работа върху газа, в резултат на което вътрешната енергия на газа трябва да се увеличи. Ако искаме да проведем процеса при постоянна температура T,тогава е необходимо да се осигури добър топлообмен между цилиндъра и околната среда. За да направите това, можете да поставите цилиндъра в голям съд с течност с постоянна температура (термостат) и да компресирате газа толкова бавно, че топлината да има време да се прехвърли от газа към околните тела.

При провеждането на този експеримент може да се забележи, че в началото, когато обемът е достатъчно голям ( V > V 2 , виж фиг. 6.3), налягане въглероден двуокисс намаляване на обема се увеличава в съответствие със закона на Бойл-Мариот и след това с по-нататъшно увеличаване на налягането се наблюдават малки отклонения от този закон. Тази зависимостмежду налягането на газа и обема е показана графично на фигура 6.3 крива AB.

С по-нататъшно намаляване на обема, като се започне от стойността V 2 , налягането в цилиндъра под буталото спира да се променя. Ако погледнете в цилиндъра през специален прозорец за наблюдение, можете да видите, че част от обема на цилиндъра е заета от прозрачна течност. Това означава, че газът (парата) се е превърнал в наситена пара, а част от него се превърна в течност, т.е. кондензира.

Докато продължаваме да компресираме съдържанието на цилиндъра, ще забележим, че количеството течност в цилиндъра се увеличава, а пространството, заето от наситени пари, намалява. Налягането, което показва манометърът, остава постоянно, докато цялото пространство под буталото се запълни с течност. Този процес е изобразен на фигура 6.3 чрез раздел слънцеграфични изкуства.

В бъдеще, с леко намаляване на обема, като се започне от стойността V3, налягането се повишава много рязко CD графични изкуства; виж фиг. 6.3). Това е така, защото течностите са несвиваеми.

Тъй като разглежданият процес протича при постоянна температура Т, графиката ABCD (виж фиг. 6.3), изобразяваща зависимостта на налягането на газа Рот обем V, се нарича изотерма на реалния газ. Парцел AB (V > V 2 ) съответства на ненаситена пара, парцел слънце (V 3 < V < V 2 ) - равновесното състояние на течността и нейната наситена пара и площта CD (V < V 3 ) - течно агрегатно състояние.

Експериментите показват, че изотермите на други вещества също имат същата форма, ако температурата им не е твърде висока.

Локвите изсъхват по-бързо при ветровито време, отколкото при същата температура без вятър. Това показва, че за да се изпари една течност, получената пара трябва да бъде отстранена. Ако парата изобщо не се отстрани, например чрез запушване на бутилка с течност, изпарението скоро ще спре. Тъй като нито течността се превръща в пара, нито парата кондензира в течност, се казва, че парата и течността са в равновесие. Парата в равновесие с течността се нарича наситена пара. Това заглавие изразява идеята, че даден обемпри тази температура не може да се постави голямо количестводвойка.

В бутилка с течност, освен пара, над течността има и въздух. Но не е трудно да се уверите, че над течността са само неговите пари, почти без примеси на други газове. За целта пространството над течността трябва да се изпомпва с помпа или газът да се изтласка чрез продължително кипене на течността, при което парата измества газовете. Чрез изследване на поведението на парата в космоса, от която са отстранени всички чужди газове, получаваме важна информация за нейните свойства. Изследването може да се проведе, например, както следва.

Колба с кръгло дъно 1, запечатана с гумена запушалка, се отчита, както е показано на фиг. 477, със стъклена тръба 2, потопена в съд с живак. Чрез друга тръба 3, оборудвана с кран, въздухът се изпомпва от колбата възможно най-добре и живакът в тръбата 2 се издига под въздействието на атмосферното налягане. Живачните пари при тези условия се образуват в толкова малки количества, че тяхното присъствие може да бъде пренебрегнато.

Ориз. 477. Първите капки етер, попадащи в колбата 1, се изпаряват и живакът в тръбата 2 бързо се спуска. Когато настъпи насищане, капките етер, попадащи в колбата, не се изпаряват и нивото на живака вече не се променя.

От фуния 4, в която се излива етер, етерът внимателно, капка по капка, се вкарва в колба 1 през кран 5. Първите капки етер се изпаряват моментално и живакът в тръбата бързо пада надолу. В този случай колбата съдържа ненаситени етерни пари. С увеличаване на количеството изпарен етер се увеличава плътността на парата и в същото време нейното налягане, точно както налягането на всеки газ се увеличава с увеличаване на плътността. Ненаситената пара, въпреки че не следва точно газовите закони на Бойл - Мариот и Чарлз, но като цяло притежава всички свойства на газовете. Въпреки това, докато продължаваме да добавяме етер към колба 1, ще забележим, че живакът в тръба 2 спира да се спуска и добавеният етер вече не се изпарява: достигнато е насищане. Без значение колко повече етер се добавя, плътността на парата и нейното налягане ще останат постоянни. Имайте предвид, че температурата не трябва да се променя по време на експеримента.

Ако повторим същия експеримент с друга течност, например с алкохол, ще видим, че налягането на наситените пари ще бъде различно от това на етера. Налягането на наситените пари на етера при е около , на алкохола е около .

И така, плътността и налягането на наситените пари при постоянна температура са постоянни стойности, за различните течности те са различни.

Преди да отговорим на въпроса, поставен в заглавието на статията, нека да разберем какво е пара. Изображенията, които повечето хора имат с тази дума: кипящ чайник или тенджера, парна баня, гореща напитка и много други подобни картини. По един или друг начин, в нашите представи има течност и газообразно вещество, издигащо се над повърхността му. Ако ви помолят да дадете пример за пара, веднага ще си спомните водна пара, пари от алкохол, етер, бензин, ацетон.

Има друга дума за газообразни състояния - газ. Тук обикновено мислим за кислород, водород, азот и други газове, без да ги свързваме със съответните течности. Всеизвестно е, че те съществуват и в течно състояние. На пръв поглед разликите се състоят в това, че парата съответства на естествените течности, а газовете трябва да бъдат втечнени нарочно. Това обаче не е съвсем вярно. Освен това изображенията, които възникват с думата пара, не са пара. За да дадем по-точен отговор, нека да разгледаме как се създава парата.

Как се различава парата от газа?

Агрегатното състояние на веществото се определя от температурата, по-точно от съотношениетомежду енергията, с която си взаимодействат молекулите и енергията на топлинното им хаотично движение. Приблизително можем да предположим, че ако енергията на взаимодействие е много по-голяма - в твърдо състояние, ако енергията на топлинното движение е много по-голяма - газообразна, ако енергиите са съпоставими - течност.

Оказва се, че за да може една молекула да се откъсне от течност и да участва в образуването на пара, стойността на топлинната енергия трябва да бъде по-голяма от енергията на взаимодействие. Как може да стане това? Средната скоросттоплинното движение на молекулите е равно на определена стойност, в зависимост от температурата. Индивидуалните скорости на молекулите обаче са различни: повечето от тях имат скорости, близки до средната стойност, но някои от тях имат скорости по-големи от средните, други по-малки.

По-бързите молекули могат да имат Термална енергияпо-голяма от енергията на взаимодействие, което означава, че след като ударят повърхността на течността, те могат да се откъснат от нея, образувайки пара. Този вид изпарение се нарича изпарение. Поради същото разпределение на скоростите има обратен процес - кондензация: молекулите от парата преминават в течност. Между другото, изображенията, които обикновено се появяват с думата пара, не са пара, а резултат от обратния процес - кондензация. Не можете да видите двойката.

Парата при определени условия може да се превърне в течност, но за това нейната температура не трябва да надвишава определена стойност. Тази стойност се нарича критична температура. Парата и газът са газообразни състояния, които се различават по температурата, при която съществуват. Ако температурата не надвишава критичната - пара, ако надвишава - газ. Ако поддържате температурата постоянна и намалите обема, парата се втечнява, газът не се втечнява.

Какво е наситена и ненаситена пара

Самата дума "наситен" носи определена информация, трудно се насища голяма площпространство. Това означава, че за да се получи наситена пара, е необходимо ограничават пространството, в което се намира течността. В този случай температурата трябва да е по-ниска от критичната за даденото вещество. Сега изпарените молекули остават в пространството, където се намира течността. Първо, повечето преходи на молекули ще се появят от течността, докато плътността на парите ще се увеличи. Това от своя страна ще предизвика Повече ▼обратни преходи на молекули в течност, което ще увеличи скоростта на процеса на кондензация.

Накрая се установява състояние, при което средният брой молекули, преминаващи от една фаза в друга, ще бъде равен. Такова състояние се нарича динамичен баланс. Това състояние се характеризира със същата промяна в големината и посоката на скоростите на изпарение и кондензация. Това състояние съответства на наситена пара. Ако не се достигне състоянието на динамично равновесие, това съответства на ненаситена пара.

Те започват изучаването на някакъв обект, винаги с най-простия му модел. В молекулярно-кинетичната теория това е идеален газ. Основните опростявания тук са пренебрегването на присъщия обем на молекулите и енергията на тяхното взаимодействие. Оказва се, че такъв модел доста задоволително описва ненаситената пара. Освен това, колкото по-малко наситено е, толкова по-легитимно е използването му. Идеален газТова е газ, не може да стане нито пара, нито течност. Следователно, за наситена пара, такъв модел не е подходящ.

Основните разлики между наситена и ненаситена пара

1. Наситен означава това даден обектима възможно най-голямата стойност на някои параметри. За двойка е така плътност и налягане. Тези параметри за ненаситена пара имат по-малки стойности. Колкото по-далеч е парата от насищане, толкова по-малки са тези стойности. Едно уточнение: референтната температура трябва да е постоянна.
2. За ненаситена пара, Бойл-Мариотски закон: ако температурата и масата на газа са постоянни, увеличаването или намаляването на обема причинява намаляване или увеличаване на налягането със същото количество, налягането и обемът са обратно пропорционални пропорционална зависимост. От максималната плътност и налягане при постоянна температура следва тяхната независимост от обема на наситената пара, оказва се, че за наситената пара налягането и обемът са независими един от друг.
3. За ненаситена пара плътността не зависи от температуратаи ако обемът се запази, стойността на плътността също не се променя. За наситена пара, при запазване на обема, плътността се променя при промяна на температурата. Зависимост в този случайправ. Ако температурата се повиши, плътността също се увеличава; ако температурата се понижи, плътността също се променя.
4. Ако обемът е постоянен, ненаситените пари се държат в съответствие със закона на Чарлз: с повишаване на температурата налягането се увеличава със същия фактор. Тази връзка се нарича линейна. За наситената пара, с повишаване на температурата, налягането нараства по-бързо, отколкото за ненаситената пара. Зависимостта е експоненциална.

Обобщавайки, може да се отбележи значителни разликисвойства на сравнявани обекти. Основната разлика е, че парата в състояние на насищане не може да се разглежда изолирано от течността. Това е двукомпонентна система, към която повечето газови закони не могат да бъдат приложени.

Ако в пространство, съдържащо пари от течност, може да настъпи допълнително изпаряване на тази течност, тогава парата в това пространство се нарича ненаситена пара.

Променяйки обема на ненаситената пара, ще забележим, че нейното налягане също се променя: с намаляване на обема налягането се увеличава, а с увеличаване на обема налягането намалява.

Нека тръба B се повдигне толкова високо, че да съдържа ненаситена пара. Налягането на тази пара е H - h, където H - Атмосферно налягане. Ако след това тръбата се спусне, нивото на живак в нея ще намалее: h 1< h, а это показывает, что давление пара возрастает (H – h 1 >Н-Н). Налягането на парата ще се увеличи, докато парата стане наситена. Над живака ще се появи течност. От момента на насищане на парата нейното налягане ще стане постоянно и равно на H - h 2. Това ще бъде най-високото налягане на парите при дадена температура.?

Парата създава най-голямо налягане при дадена температура в състояние на насищане.

Графично преходът на ненаситена пара в течност чрез намаляване на нейния обем без промяна на температурата се представя с кривата ABCD. Част AB от тази крива съответства на ненаситена пара, точка B на насищане, линия BC на кондензация на пара и CD на течност. Кривата ABCD се нарича изотерма пара-течност.

Ненаситената пара може да се доведе до състояние на насищане не само чрез намаляване на обема, но и чрез понижаване на нейната температура. Така че, ако излеете етер върху външната част на тръба B, тогава етерът, изпарявайки се, ще го охлади, в резултат на което ненаситената пара ще премине в състояние на насищане, частично превръщайки се в течност.

Това свойство на парата обяснява замъгляването на студени предмети, внесени вътре топла стая, образуването на мъгла, роса и др. По този начин преминаването на парата от ненаситено състояние в наситено състояние се постига по два начина: 1) чрез понижаване на температурата и 2) чрез увеличаване на налягането (намаляване на обема).

Обратният преход от наситено към ненаситено състояние се постига: 1) без промяна на температурата чрез намаляване на налягането (увеличаване на обема) и 2) чрез повишаване на температурата на парата.

Ако тръбата, съдържаща наситената пара, се нагрее внимателно, течността над живака постепенно ще се изпари и при по-нататъшно нагряване над живака ще има ненаситена пара.

В техниката ненаситената пара, получена чрез прегряване на наситена пара, се нарича прегрята пара. За работата на парни двигатели в момента се използва само прегрята пара с температура от 150 до 600 ° C.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Изпарениее процесът на превръщане на течността в пара.

В течност (или твърдо вещество) при всяка температура има определен брой "бързи" молекули, кинетична енергияПовече ▼ потенциална енергиятехните взаимодействия с други частици на материята. Ако такива молекули са близо до повърхността, тогава те могат да преодолеят привличането на други молекули и да излетят от течността, образувайки пара над нея. Изпаряването на твърди вещества също често се нарича сублимация или сублимация.

Изпарението става при всяка температура, при която дадено веществоможе да бъде в течно или твърдо състояние. Скоростта на изпарение обаче зависи от температурата. С повишаването на температурата броят на "бързите" молекули се увеличава и следователно интензивността на изпарението се увеличава. Скоростта на изпарение също зависи от свободната повърхност на течността и вида на веществото. Така например водата, излята в чинийка, ще се изпари по-бързо от водатаналята в чаша. Алкохолът се изпарява по-бързо от водата и т.н.

Кондензация

Количеството течност в отворен съд намалява непрекъснато поради изпаряване. Но в плътно затворен съд това не се случва. Това се обяснява с факта, че едновременно с изпаряването в течност (или твърдо вещество) протича обратният процес. Молекулите на парата се движат произволно над течността, така че някои от тях, под въздействието на привличането на молекулите на свободната повърхност, падат обратно в течността. Процесът на превръщане на парата в течност се нарича кондензация. Процесът на превръщане на парата в твърдообикновено се нарича кристализация на пари.

След като излеем течността в съда и го затворим плътно, течността ще започне да се изпарява и плътността на парите над свободната повърхност на течността ще се увеличи. Но в същото време броят на молекулите, които се връщат обратно в течността, ще се увеличи. В отворен съд ситуацията е различна: молекулите, които са напуснали течността, може да не се върнат в течността. В затворен съд с течение на времето се установява равновесно състояние: броят на молекулите, напускащи повърхността на течността, става равно на числотомолекулите на парата се връщат в течността. Такова състояние се нарича състояние на динамично равновесие(Фиг. 1). В състояние на динамично равновесие между течност и пара изпарението и кондензацията протичат едновременно и двата процеса се компенсират взаимно.

Фиг. 1. Течност в динамично равновесие

Наситена и ненаситена пара

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Наситена параПарата е в динамично равновесие със своята течност.

Името "наситен" подчертава, че даден обем при дадена температура не може да съдържа повече пара. Наситената пара има максимална плътност при дадена температура и следователно упражнява максимално налягане върху стените на съда.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ненаситена пара- пара, която не е достигнала състоянието на динамично равновесие.

За различни течности насищането с пари възниква, когато различни плътности, което се дължи на разликата в молекулярна структура, т.е. разликата в силите на междумолекулно взаимодействие. В течности, в които силите на взаимодействие на молекулите са високи (например в живак), състоянието на динамично равновесие се постига при ниски плътности на парите, тъй като броят на молекулите, които могат да напуснат повърхността на течността, е малък. Напротив, в летливи течности с ниски сили на привличане на молекули, при същите температури, значителен брой молекули излитат от течността и се постига насищане на парите при висока плътност. Примери за такива течности са етанол, етер и др.

Тъй като интензивността на процеса на кондензация на парата е пропорционална на концентрацията на молекулите на парата, а интензивността на процеса на изпаряване зависи само от температурата и рязко нараства с нейното нарастване, концентрацията на молекулите в наситената пара зависи само от температурата на течността . Ето защо Налягането на наситените пари зависи само от температурата и не зависи от обема.Освен това с повишаване на температурата концентрацията на молекулите на наситената пара и следователно плътността и налягането на наситената пара бързо се увеличават. Специфични зависимостиналягането и плътността на наситените пари спрямо температурата са различни за различни веществаи могат да бъдат намерени от справочни таблици. Оказва се, че наситената пара по правило се описва добре от уравнението на Клайперон-Менделеев. Въпреки това, когато се компресира или нагрява, масата на наситените пари се променя.

Ненаситената пара се подчинява на законите на идеалния газ с разумна степен на точност.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2