จนถึงตอนนี้ เป้าหมายของการวิจัยของเราคือก๊าซในอุดมคติ นั่นคือ ก๊าซดังกล่าวที่ไม่มีแรงกระทำระหว่างโมเลกุลและขนาดของโมเลกุลถูกละเลย ในความเป็นจริง ขนาดของโมเลกุลและแรงของอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิต่ำและความดันสูง

หนึ่งในตัวแทนของก๊าซจริงที่ใช้ในการดับเพลิงและใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตภาคอุตสาหกรรมคือไอน้ำ

ไอน้ำถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ โดยส่วนใหญ่จะใช้เป็นสารหล่อเย็นในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและเป็นสารทำงานในโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ นี่เป็นเพราะการกระจายน้ำอย่างกว้างขวางราคาถูกและไม่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์

มีความดันสูงและอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ ไอน้ำที่ใช้ในทางปฏิบัตินั้นใกล้เคียงกับสถานะของของเหลว ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะละเลยแรงยึดเกาะระหว่างโมเลกุลและปริมาตรของมัน เช่นเดียวกับในก๊าซในอุดมคติ ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้สมการสถานะของก๊าซในอุดมคติเพื่อกำหนดพารามิเตอร์ของสถานะของไอน้ำได้ เช่น สำหรับไอน้ำ pv≠RT,เพราะไอน้ำเป็นก๊าซจริงๆ

ความพยายามของนักวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่ง (แวน เดอร์ วาลส์, เบอร์เทล็อต, คลอสเซียส ฯลฯ) เพื่อปรับแต่งสมการของสถานะของก๊าซจริงโดยแนะนำการแก้ไขสมการของสถานะของก๊าซในอุดมคตินั้นไม่ประสบผลสำเร็จ เนื่องจากการแก้ไขเหล่านี้ใช้เฉพาะกับปริมาตรและ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของก๊าซจริงและไม่ได้คำนึงถึงปรากฏการณ์ทางกายภาพอื่น ๆ ที่เกิดขึ้นในก๊าซเหล่านี้

มีบทบาทพิเศษโดยสมการที่เสนอโดย van der Waals ในปี 1873 (พ + ก/ v2) ( โวลต์ - ข)=RT. สมการ van der Waals เป็นค่าประมาณในการคำนวณเชิงปริมาณ สะท้อนลักษณะทางกายภาพของก๊าซในเชิงคุณภาพได้ดี เนื่องจากช่วยให้สามารถอธิบายภาพทั่วไปของการเปลี่ยนแปลงสถานะของสารที่มีการเปลี่ยนไปเป็นสถานะเฟสแต่ละสถานะได้ ในสมการนี้ กและ ในสำหรับก๊าซที่กำหนดเป็นค่าคงที่โดยคำนึงถึง: อันแรก - แรงปฏิสัมพันธ์และอันที่สอง - ขนาดของโมเลกุล ทัศนคติ เอ/วี 2แสดงลักษณะความดันเพิ่มเติมซึ่งเป็นที่ตั้งของก๊าซจริงเนื่องจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ค่า ในคำนึงถึงการลดลงของปริมาตรที่โมเลกุลของก๊าซจริงเคลื่อนที่เนื่องจากความจริงที่ว่าพวกมันมีปริมาตร

ที่มีชื่อเสียงที่สุดในปัจจุบันคือสมการที่พัฒนาขึ้นในปี พ.ศ. 2480-2489 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน J. Mayer และนักคณิตศาสตร์โซเวียต N. N. Bogolyubov เช่นเดียวกับสมการที่เสนอโดยนักวิทยาศาสตร์โซเวียต M. P. Vukalovich และ I. I. Novikov ในปี 1939

เนื่องจากลักษณะที่ยุ่งยาก จึงไม่พิจารณาสมการเหล่านี้

สำหรับไอน้ำ พารามิเตอร์สถานะทั้งหมดจะสรุปไว้ในตารางเพื่อความสะดวกในการใช้งานและแสดงไว้ในภาคผนวก 7

ดังนั้น, ไอน้ำ เรียกก๊าซจริงที่ได้จากน้ำที่มีอุณหภูมิวิกฤตค่อนข้างสูงและใกล้ถึงจุดอิ่มตัว

พิจารณากระบวนการ การเปลี่ยนสถานะของของเหลวเป็นไอหรือที่เรียกว่ากระบวนการ การกลายเป็นไอ . ของเหลวสามารถเปลี่ยนเป็นไอได้เมื่อระเหยและเดือด

โดยการระเหย เรียกว่าการกลายเป็นไอซึ่งเกิดขึ้นจากพื้นผิวของของเหลวเท่านั้นและที่อุณหภูมิใด ๆ. อัตราการระเหยขึ้นอยู่กับลักษณะของของเหลวและอุณหภูมิ การระเหยของของเหลวจะสมบูรณ์ได้หากมีพื้นที่ว่างไม่จำกัดเหนือของเหลว ในธรรมชาติ กระบวนการระเหยของของเหลวจะดำเนินการในปริมาณมหาศาลตลอดเวลาของปี

สาระสำคัญของกระบวนการระเหยอยู่ที่ความจริงที่ว่าแต่ละโมเลกุลของของเหลวตั้งอยู่ใกล้พื้นผิวและมีพลังงานจลน์มากกว่าโมเลกุลอื่น ๆ เอาชนะแรงกระทำของโมเลกุลข้างเคียงที่สร้างแรงตึงผิว บินออกจากของเหลวไปสู่บริเวณโดยรอบ ช่องว่าง. เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของการระเหยจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากความเร็วและพลังงานของโมเลกุลเพิ่มขึ้นและแรงในการปฏิสัมพันธ์ของพวกมันลดลง ในระหว่างการระเหยอุณหภูมิของของเหลวจะลดลงเนื่องจากโมเลกุลที่มีความเร็วค่อนข้างสูงจะลอยออกมาซึ่งส่งผลให้ความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลที่เหลืออยู่ลดลง

เมื่อความร้อนถูกส่งไปยังของเหลว อุณหภูมิและอัตราการระเหยของของเหลวจะเพิ่มขึ้น ที่อุณหภูมิที่กำหนดไว้อย่างดี ขึ้นอยู่กับลักษณะของของเหลวและความดันที่อยู่ การกลายเป็นไอในมวลทั้งหมด. ในกรณีนี้ ผนังของเรือและภายในของเหลวจะก่อตัวเป็นฟองไอ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า เดือด ของเหลว ความดันของไอที่เกิดขึ้นจะเหมือนกับความดันของตัวกลางที่เกิดการเดือด

เรียกว่ากระบวนการย้อนกลับของการกลายเป็นไอ ถึง การควบแน่น ไทย. กระบวนการเปลี่ยนไอเป็นของเหลวนี้จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่หากความดันคงที่ ในระหว่างการควบแน่น โมเลกุลของไอระเหยที่เคลื่อนที่แบบสุ่มเมื่อสัมผัสกับพื้นผิวของของเหลวจะตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงระหว่างโมเลกุลของน้ำ และยังคงอยู่ที่นั่นและเปลี่ยนเป็นของเหลวอีกครั้ง เพราะ เนื่องจากโมเลกุลของไอเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าโมเลกุลของของเหลว อุณหภูมิของของเหลวจึงเพิ่มขึ้นระหว่างการควบแน่น ของเหลวที่เกิดขึ้นเมื่อไอควบแน่นเรียกว่า คอนเดนเสท .

ให้เราพิจารณากระบวนการของการกลายเป็นไอโดยละเอียด

การเปลี่ยนสถานะของเหลวเป็นไอมี 3 ขั้นตอน:

1. อุ่นของเหลวจนถึงจุดเดือด

2. การกลายเป็นไอ

3. ไอน้ำร้อนจัด

เรามาดูรายละเอียดในแต่ละขั้นตอนกันดีกว่า

ลองนำกระบอกสูบที่มีลูกสูบมาใส่น้ำ 1 กก. ที่นั่นที่อุณหภูมิ 0°C โดยสมมติว่าปริมาตรเฉพาะของน้ำที่อุณหภูมินี้มีค่าน้อยที่สุดคือ 0.001 ลบ.ม./กก. ลูกสูบวางภาระซึ่งร่วมกับลูกสูบออกแรงดัน P คงที่บนของเหลว จุดที่ 0 สอดคล้องกับสถานะนี้ เริ่มให้ความร้อนกับกระบอกสูบนี้

ข้าว. 28. กราฟการเปลี่ยนแปลงปริมาตรเฉพาะของส่วนผสมของไอของเหลวที่ความดันอิ่มตัว P s .

1. กระบวนการให้ความร้อนของของเหลว. ในกระบวนการนี้ ดำเนินการที่ความดันคงที่เนื่องจากความร้อนที่จ่ายให้กับของเหลว มันถูกให้ความร้อนจาก 0 ° C จนถึงจุดเดือด t s . เพราะ น้ำมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนค่อนข้างน้อย จากนั้นปริมาตรเฉพาะของของเหลวจะเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยและเพิ่มจาก v 0 เป็น v¢ จุดที่ 1 สอดคล้องกับสถานะนี้ และส่วนที่ 0-1 สอดคล้องกับกระบวนการ

2. กระบวนการกลายเป็นไอ . ด้วยการให้ความร้อนเพิ่มเติม น้ำจะเดือดและเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซ เช่น ไอน้ำ. กระบวนการนี้สอดคล้องกับส่วนที่ 1-2 และการเพิ่มปริมาณเฉพาะจาก v¢ เป็น v¢¢ กระบวนการกลายเป็นไอไม่เพียงเกิดขึ้นที่ความดันคงที่เท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่เท่ากับจุดเดือดด้วย ในกรณีนี้น้ำในกระบอกสูบจะอยู่ในสองขั้นตอน: ไอและของเหลว น้ำมีอยู่ในรูปของของเหลวที่มีความเข้มข้นที่ด้านล่างของกระบอกสูบและอยู่ในรูปของหยดเล็กๆ กระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งปริมาตร

กระบวนการกลายเป็นไอจะมาพร้อมกับกระบวนการย้อนกลับที่เรียกว่าการควบแน่น หากอัตราการควบแน่นเท่ากับอัตราการระเหย สมดุลไดนามิกจะเกิดขึ้นในระบบ ไอในสถานะนี้มีความหนาแน่นสูงสุดและเรียกว่าอิ่มตัว ดังนั้นภายใต้ รวย เข้าใจไอระเหยที่สมดุลกับของเหลวที่ก่อตัวขึ้น. คุณสมบัติหลักของไอนี้คือมีอุณหภูมิที่เป็นฟังก์ชันของความดัน ซึ่งเหมือนกับความดันของตัวกลางที่เกิดการเดือด ดังนั้นจึงเรียกจุดเดือดด้วย อุณหภูมิอิ่มตัวและแสดงโดย t n ความดันที่สอดคล้องกับ t n เรียกว่าความดันอิ่มตัว (แสดงโดย p นหรือเพียงแค่หน้า ไอน้ำจะเกิดขึ้นจนกระทั่งของเหลวหยดสุดท้ายระเหยไป ขณะนี้จะสอดคล้องกับสถานะ แห้ง อิ่มตัว (หรือแค่ แห้ง) คู่. ไอที่เกิดจากการระเหยของของเหลวที่ไม่สมบูรณ์เรียกว่า ไอน้ำอิ่มตัวเปียก หรือเพียงแค่ เปียก. เป็นส่วนผสมของไอแห้งที่มีหยดของเหลวกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งมวลและแขวนลอยอยู่ในนั้น เศษส่วนมวลของไอน้ำแห้งในไอน้ำเปียกเรียกว่าระดับความแห้งหรือมวลไอระเหยและแสดงด้วย เอ็กซ์ เรียกเศษส่วนมวลของของเหลวในไอน้ำเปียก ระดับความชื้น และแสดงโดย ย.เห็นได้ชัดว่า ที่= 1 - เอ็กซ์ระดับความแห้งและระดับความชื้นจะแสดงเป็นเศษส่วนของหน่วยหรือเป็น % ตัวอย่างเช่น ถ้า x = 0.95 และ y= 1 - x = 0.05 หมายความว่าส่วนผสมประกอบด้วยไอน้ำแห้ง 95% และของเหลวเดือด 5%

3. ไอน้ำร้อนเกินไป เมื่อจ่ายความร้อนเพิ่มเติม อุณหภูมิไอน้ำจะเพิ่มขึ้น (ดังนั้น ปริมาตรเฉพาะจะเพิ่มขึ้นจาก v¢¢ เป็น v¢¢¢) สถานะนี้สอดคล้องกับส่วนที่ 2-3 . หากอุณหภูมิของไอน้ำสูงกว่าอุณหภูมิของไอน้ำอิ่มตัวที่มีความดันเท่ากัน จะเรียกว่าไอน้ำดังกล่าว ร้อนเกินไป. ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของไอน้ำร้อนยวดยิ่งและอุณหภูมิของไอน้ำอิ่มตัวที่ความดันเดียวกันเรียกว่า ระดับความร้อนสูงเกินไป ก.

เนื่องจากปริมาตรจำเพาะของไอน้ำร้อนยวดยิ่งมากกว่าปริมาตรจำเพาะของไอน้ำอิ่มตัว (ตั้งแต่หน้า = const, t ต่อ > t n) ดังนั้นความหนาแน่นของไอน้ำร้อนยิ่งยวดจะน้อยกว่าความหนาแน่นของไอน้ำอิ่มตัว ดังนั้นไอน้ำร้อนยวดยิ่งจึงไม่อิ่มตัว ตามคุณสมบัติทางกายภาพ ไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะเข้าใกล้ก๊าซ และยิ่งมาก ระดับความร้อนสูงเกินไปก็จะยิ่งสูงขึ้น

จากประสบการณ์ ตำแหน่งของจุด 0 - 2 จะพบได้ที่แรงดันอิ่มตัวอื่นๆ ที่สูงกว่า โดยการเชื่อมต่อจุดที่สอดคล้องกันที่ความดันต่าง ๆ เราจะได้แผนภาพสถานะของไอน้ำ

ข้าว. 29. pv - แผนภาพสถานะของไอน้ำ

จากการวิเคราะห์แผนภาพจะเห็นว่าเมื่อความดันเพิ่มขึ้นปริมาตรจำเพาะของของเหลวจะลดลง ในแผนภาพ ปริมาตรที่ลดลงพร้อมความดันที่เพิ่มขึ้นนี้สอดคล้องกับเส้น SD อุณหภูมิอิ่มตัวและด้วยเหตุนี้ปริมาตรเฉพาะจึงเพิ่มขึ้น ดังที่แสดงโดยเส้น AK การระเหยของน้ำก็เกิดขึ้นเร็วขึ้นด้วย ซึ่งเห็นได้ ชัดเจนจากสาย VC เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ความแตกต่างระหว่าง v¢ และ v¢¢ จะลดลง และเส้น AK และ VC จะค่อยๆ เข้าหากัน ที่ความดันบางอย่างซึ่งค่อนข้างแน่นอนสำหรับแต่ละสสาร เส้นเหล่านี้จะมาบรรจบกันที่จุด K ซึ่งเรียกว่าจุดวิกฤต จุด K ซึ่งเป็นของเส้นของเหลวที่จุดเดือด AK และเส้นของไอน้ำอิ่มตัวแห้ง VK นั้นสอดคล้องกับสถานะวิกฤตที่ จำกัด ของสารซึ่งไม่มีความแตกต่างระหว่างไอและของเหลว พารามิเตอร์สถานะเรียกว่าวิกฤตและแสดงด้วย T k, P k, v k สำหรับน้ำ พารามิเตอร์วิกฤตมีค่าต่อไปนี้: T k = 647.266K, P k = 22.1145 MPa, v k = 0.003147 m 3 /kg

สถานะที่ทั้งสามเฟสของน้ำสามารถอยู่ในสภาวะสมดุลได้เรียกว่าจุดสามของน้ำ สำหรับน้ำ: T 0 = 273.16K, P 0 = 0.611 kPa, v 0 = 0.001 m 3 /กก. ในอุณหพลศาสตร์ เอนทาลปี เอนโทรปี และพลังงานภายในจำเพาะที่จุดสามจุดจะถือว่าเป็นศูนย์ นั่นคือ ฉัน 0 = 0, s 0 = 0, คุณ 0 = 0

พิจารณาพารามิเตอร์หลักของไอน้ำ

1. ความร้อนของเหลว

ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ของเหลว 1 กิโลกรัมจาก 0°C จนถึงจุดเดือดเรียกว่า ความร้อนจำเพาะของของเหลว . ความร้อนของของเหลวเป็นฟังก์ชันของความดัน ซึ่งมีค่าสูงสุดที่ความดันวิกฤต

ค่าของมันถูกกำหนด:

q \u003d c p (t s -t 0),

โดยที่ c p คือความจุความร้อนไอโซบาริกมวลเฉลี่ยของน้ำในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ t 0 \u003d 0 ° C ถึง t s นำมาจากข้อมูลอ้างอิง

เหล่านั้น. q = c p t s

วัดความร้อนจำเพาะเป็น J/kg

ค่า q แสดงเป็น

โดยที่ i ¢ คือค่าเอนทัลปีของน้ำที่จุดเดือด

i คือเอนทาลปีของน้ำที่อุณหภูมิ 0 °C

ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

ฉัน = คุณ 0 + P s v 0 ,

โดยที่ u 0 คือพลังงานภายในที่ 0 °С

ผม ¢ = q + u 0 + P s v 0

ให้เรายอมรับอย่างมีเงื่อนไข เช่น ในกรณีของก๊าซในอุดมคติ ว่าคุณ 0 = 0 จากนั้น

ฉัน ¢ = q + P s v 0

สูตรนี้ช่วยให้คุณคำนวณค่า i ¢ จากค่าที่พบจากการทดลอง Р s , v 0 และ q

ที่ความกดอากาศต่ำ P s เมื่อค่าของ P s v 0 สำหรับน้ำมีค่าน้อยเมื่อเทียบกับความร้อนของของเหลว เราสามารถประมาณ

ความร้อนของของเหลวจะเพิ่มขึ้นตามความดันอิ่มตัวที่เพิ่มขึ้น และถึงค่าสูงสุดที่จุดวิกฤต เมื่อพิจารณาว่า i=u+ Pv (1) เราสามารถเขียนนิพจน์ต่อไปนี้สำหรับพลังงานภายในของน้ำ ณ จุดเดือด:

u ¢ = i ¢ + P s v ¢

การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีในกระบวนการให้ความร้อนของของเหลว

สมมติว่าเอนโทรปีของน้ำที่ 0

สูตรนี้ช่วยให้คุณคำนวณค่าเอนทาลปีของของเหลวที่จุดเดือดได้

2. การกลายเป็นไอ

ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการถ่ายโอนของเหลว 1 กิโลกรัมที่ร้อนถึงจุดเดือดให้เป็นไอน้ำอิ่มตัวแห้งในกระบวนการไอโซบาริกเรียกว่า ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ (r) .

ความร้อนของการกลายเป็นไอถูกกำหนดโดย:

i¢¢ = r + i¢ ตามความร้อนของการกลายเป็นไอและเอนทาลปีของน้ำที่พบจากประสบการณ์ที่จุดเดือด i¢ โดยคำนึงถึง (1) เราสามารถเขียน:

r = (u¢¢-u¢)+P s (v¢¢-v¢),

โดยที่ u¢ และ u¢¢ คือพลังงานภายในของน้ำที่จุดเดือดและไอน้ำอิ่มตัวแห้ง สมการนี้แสดงว่าความร้อนจากการกลายเป็นไอมีสองส่วน ส่วนหนึ่ง (u¢¢-u¢) ใช้ในการเพิ่มพลังงานภายในของไอน้ำที่เกิดจากน้ำ เรียกว่าความร้อนภายในของการกลายเป็นไอและเขียนแทนด้วยตัวอักษร r ส่วนอื่นของ P s (v¢¢-v¢) ใช้กับงานภายนอกที่ทำโดยไอน้ำในกระบวนการไอโซบาริกของน้ำเดือด และเรียกว่าความร้อนภายนอกของการกลายเป็นไอ (y)

ความร้อนของการกลายเป็นไอจะลดลงเมื่อความดันอิ่มตัวเพิ่มขึ้นและมีค่าเท่ากับศูนย์ที่จุดวิกฤต ความร้อนของของเหลวและความร้อนจากการกลายเป็นไอก่อให้เกิดความร้อนรวมของไออิ่มตัวแห้ง l ¢ ¢

พลังงานภายในของไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้ง u¢ ¢ เท่ากับ

u ¢ ¢ = ฉัน ¢ ¢ -P s v ¢ ¢

การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีของไอน้ำในกระบวนการกลายเป็นไอนั้นพิจารณาจากนิพจน์

นิพจน์นี้ช่วยให้เราสามารถระบุค่าเอนโทรปีของไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งได้ s¢¢

ไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียกระหว่างค่าขอบเขตของปริมาตรเฉพาะ v¢ และ v¢¢ ประกอบด้วยไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งและน้ำ ปริมาณไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งในไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียก 1 กิโลกรัม เรียกว่า ระดับความแห้ง , หรือ เนื้อหาไอ . ค่านี้เรียกว่าตัวอักษร x. ค่า (1x)เรียกว่า ระดับความชื้นของไอน้ำ .

หากเราคำนึงถึงระดับความแห้งด้วย ปริมาตรเฉพาะของไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียก v x

v x = v¢¢x + v¢(1-x)

ความร้อนของการระเหย อาร์เอ็กซ์เอนทัลปี ฉัน x, ความอบอุ่นทั้งหมด ลx, กำลังภายใน คุณ xและเอนโทรปี s xสำหรับไอน้ำอิ่มตัวมีค่าดังต่อไปนี้:

rx=rx; ฉัน x = ฉัน¢ + rx; ลx = คิว + rx; คุณ x = ผม¢ + rx – p s v s ; s x = s¢ + rx/T s

3. กระบวนการอบไอน้ำร้อนยวดยิ่ง

ไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งจะร้อนยิ่งยวดที่ความดันคงที่จากจุดเดือด ที เอสถึงอุณหภูมิที่ตั้งไว้ ที; ในขณะที่ปริมาณไอน้ำเฉพาะเพิ่มขึ้นจาก โวลต์ก่อน โวลต์. ปริมาณความร้อนที่ใช้ในการให้ความร้อนยิ่งยวดของไอน้ำอิ่มตัวแห้ง 1 กิโลกรัมจากจุดเดือดจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดเรียกว่าความร้อนของการให้ความร้อนยิ่งยวด สามารถกำหนดความร้อนของ superheat ได้:

โดยที่ - กับ p คือความจุมวลความร้อนเฉลี่ยของไอน้ำในช่วงอุณหภูมิ t s - t (พิจารณาจากข้อมูลอ้างอิง)

สำหรับปริมาณ q p เราสามารถเขียนได้

q p \u003d ฉัน - ฉัน¢

โดยที่ I คือเอนทาลปีของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง

ไอน้ำในบรรยากาศ

ความชื้นในอากาศ ลักษณะของเนื้อหาของไอน้ำในบรรยากาศ

ความชื้นคือปริมาณไอน้ำในบรรยากาศ ไอน้ำเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของชั้นบรรยากาศโลก

ไอน้ำเข้าสู่ชั้นบรรยากาศอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการระเหยของน้ำจากพื้นผิวของอ่างเก็บน้ำ ดิน หิมะ น้ำแข็ง และพืชพรรณ ซึ่งใช้รังสีดวงอาทิตย์ถึง 23% ที่มาถึงพื้นผิวโลกโดยเฉลี่ย

บรรยากาศมีความชื้นเฉลี่ย 1.29 1013 ตัน (ไอน้ำและน้ำในของเหลว) ซึ่งเทียบเท่ากับชั้นน้ำ 25.5 มม.

ความชื้นในอากาศมีลักษณะตามปริมาณต่อไปนี้: ความชื้นสัมบูรณ์, ความดันบางส่วนของไอน้ำ, ความดันไออิ่มตัว, ความชื้นสัมพัทธ์, การขาดดุลอิ่มตัวของไอน้ำ, อุณหภูมิจุดน้ำค้างและความชื้นจำเพาะ

ความชื้นสัมบูรณ์ a (g / m3) - ปริมาณไอน้ำที่แสดงเป็นกรัมในอากาศ 1 ลบ.ม.

ความดันบางส่วน (ความยืดหยุ่น) ของไอน้ำ e - ความดันที่แท้จริงของไอน้ำในอากาศ วัดเป็นมิลลิเมตรปรอท (mm Hg) มิลลิบาร์ (mb) และเฮกโตปาสคาล (hPa) ความดันของไอน้ำมักเรียกว่าความชื้นสัมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม แนวคิดที่แตกต่างกันเหล่านี้ไม่สามารถสับสนได้ เนื่องจากแนวคิดเหล่านี้สะท้อนถึงปริมาณทางกายภาพของอากาศในชั้นบรรยากาศที่แตกต่างกัน

ความดันไอน้ำอิ่มตัว หรือความยืดหยุ่นของการอิ่มตัว E คือค่าที่เป็นไปได้สูงสุดของความดันบางส่วน ณ อุณหภูมิที่กำหนด วัดในหน่วยเดียวกับ e ความยืดหยุ่นของการอิ่มตัวจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าอากาศที่อุณหภูมิสูงกว่าสามารถกักเก็บไอน้ำไว้ได้มากกว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่า

ความชื้นสัมพัทธ์ f คืออัตราส่วนของความดันบางส่วนของไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศต่อความดันของไอน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมิที่กำหนด โดยปกติจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของจำนวนเต็มที่ใกล้เคียงที่สุด:

ความชื้นสัมพัทธ์แสดงระดับความอิ่มตัวของอากาศด้วยไอน้ำ

การขาดดุลความอิ่มตัวของไอน้ำ (การขาดความอิ่มตัว) d คือความแตกต่างระหว่างความยืดหยุ่นของการอิ่มตัวและความยืดหยุ่นของไอน้ำจริง:

= อี- อี.

การขาดดุลความอิ่มตัวจะแสดงในหน่วยเดียวกันและมีความแม่นยำเท่ากับค่า e และ E เมื่อความชื้นสัมพัทธ์เพิ่มขึ้น การขาดดุลความอิ่มตัวจะลดลงและที่ / = 100% จะเท่ากับศูนย์

เนื่องจาก E ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศและ e - ขึ้นอยู่กับปริมาณไอน้ำในนั้น การขาดดุลความอิ่มตัวจึงเป็นค่าที่ซับซ้อนซึ่งสะท้อนถึงปริมาณความร้อนและความชื้นในอากาศ ทำให้สามารถใช้ค่าการขาดดุลความอิ่มตัวได้กว้างกว่าลักษณะความชื้นอื่นๆ เพื่อประเมินสภาพการเจริญเติบโตของพืชเกษตร

จุดน้ำค้าง td (°C) - อุณหภูมิที่ไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศที่ความดันที่กำหนดถึงสถานะอิ่มตัวเมื่อเทียบกับพื้นผิวเรียบของน้ำที่สะอาดทางเคมี ที่ /= 100% อุณหภูมิของอากาศจริงจะเท่ากับจุดน้ำค้าง ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดน้ำค้าง การควบแน่นของไอน้ำจะเริ่มก่อตัวเป็นหมอก เมฆ และน้ำค้าง น้ำแข็งและน้ำค้างแข็งบนผิวโลกและวัตถุต่างๆ

ความชื้นเฉพาะ q (g / kg) - ปริมาณไอน้ำเป็นกรัมในอากาศชื้น 1 กิโลกรัม:

ถาม= 622 อี/อาร์,

โดยที่ e คือความยืดหยุ่นของไอน้ำ hPa; P คือความดันบรรยากาศ hPa

ความชื้นจำเพาะจะถูกนำมาพิจารณาในการคำนวณทางอุตุนิยมวิทยา เช่น เมื่อพิจารณาการระเหยจากพื้นผิวของอวัยวะระบบทางเดินหายใจในฟาร์มเลี้ยงสัตว์ และเมื่อพิจารณาต้นทุนด้านพลังงานที่สอดคล้องกัน

การเปลี่ยนแปลงในลักษณะของความชื้นในบรรยากาศด้วยระดับความสูง

ไอน้ำปริมาณมากที่สุดจะอยู่ในชั้นล่างของอากาศที่อยู่ติดกับพื้นผิวระเหยโดยตรง ไอน้ำแทรกซึมเข้าไปในชั้นที่ซ้อนอยู่อันเป็นผลมาจากการแพร่กระจายที่ปั่นป่วน

การแทรกซึมของไอน้ำเข้าไปในชั้นที่วางอยู่นั้นช่วยอำนวยความสะดวกด้วยความจริงที่ว่ามันเบากว่าอากาศ 1.6 เท่า (ความหนาแน่นของไอน้ำเมื่อเทียบกับอากาศแห้งที่ 0 "C คือ 0.622) ดังนั้นอากาศจึงอุดมด้วยไอน้ำน้อยกว่า หนาแน่นมีแนวโน้มที่จะสูงขึ้น

การกระจายตัวของความยืดหยุ่นของไอน้ำตามแนวดิ่งขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของความดันและอุณหภูมิที่มีความสูง กระบวนการควบแน่นและการก่อตัวของเมฆ ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะสร้างรูปแบบที่แน่นอนของการเปลี่ยนแปลงความยืดหยุ่นของไอน้ำที่มีความสูงในทางทฤษฎี

ความดันบางส่วนของไอน้ำจะลดลงตามความสูงเร็วกว่าความดันบรรยากาศ 4-5 เท่า ที่ระดับความสูง 6 กม. ความดันไอน้ำบางส่วนน้อยกว่าระดับน้ำทะเล 9 เท่า สิ่งนี้อธิบายได้จากความจริงที่ว่าไอน้ำเข้าสู่ชั้นผิวของบรรยากาศอย่างต่อเนื่องอันเป็นผลมาจากการระเหยจากพื้นผิวที่ใช้งานและการแพร่กระจายเนื่องจากความปั่นป่วน นอกจากนี้ อุณหภูมิของอากาศจะลดลงตามความสูง และปริมาณไอน้ำที่เป็นไปได้จะถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิ เนื่องจากการลดลงจะทำให้ไอน้ำอิ่มตัวและเกิดการควบแน่น

การลดลงของความดันไอที่มีความสูงอาจสลับกับการเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น ในชั้นผกผัน ความดันไอมักจะเพิ่มขึ้นตามความสูง

ความชื้นสัมพัทธ์กระจายไม่สม่ำเสมอตามแนวตั้ง แต่โดยเฉลี่ยแล้วจะลดลงตามความสูง ในชั้นพื้นผิวของบรรยากาศในวันฤดูร้อนจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเนื่องจากอุณหภูมิอากาศลดลงอย่างรวดเร็วจากนั้นเริ่มลดลงเนื่องจากการลดลงของไอน้ำและเพิ่มขึ้นอีกครั้งเป็น 100% ในชั้นการก่อตัวของเมฆ . ในชั้นผกผันจะลดลงอย่างรวดเร็วตามความสูงอันเป็นผลมาจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ความชื้นสัมพัทธ์เปลี่ยนแปลงโดยเฉพาะอย่างยิ่งไม่สม่ำเสมอจนถึงความสูง 2...3 กม.

การเปลี่ยนแปลงรายวันและรายปีของความชื้นในอากาศ

ในชั้นพื้นผิวของชั้นบรรยากาศ มีการสังเกตความผันแปรของปริมาณความชื้นรายวันและรายปีที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ซึ่งสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเป็นระยะที่สอดคล้องกัน

ความยืดหยุ่นของไอน้ำในแต่ละวันและความชื้นสัมบูรณ์เหนือมหาสมุทร ทะเล และบริเวณชายฝั่งจะคล้ายกับอุณหภูมิของน้ำและอากาศในแต่ละวัน: ต่ำสุดก่อนพระอาทิตย์ขึ้นและสูงสุดที่ 14...15 ชั่วโมง ค่าต่ำสุด เกิดจากการระเหยที่อ่อนแอมาก (หรือไม่มีเลย) ในช่วงเวลานี้ของวัน ในระหว่างวันเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและการระเหยทำให้ความชื้นในอากาศเพิ่มขึ้น นี่เป็นหลักสูตรรายวันของความยืดหยุ่นของไอน้ำทั่วทวีปในฤดูหนาว

ในฤดูร้อน ในส่วนลึกของทวีป ความผันแปรของปริมาณความชื้นในแต่ละวันจะมีรูปแบบของคลื่นคู่ (รูปที่ 5.1) อุณหภูมิต่ำสุดครั้งแรกเกิดขึ้นในช่วงเช้าตรู่พร้อมกับอุณหภูมิต่ำสุด หลังจากพระอาทิตย์ขึ้น อุณหภูมิของพื้นผิวแอคทีฟจะสูงขึ้น อัตราการระเหยเพิ่มขึ้น และปริมาณไอน้ำในชั้นบรรยากาศด้านล่างจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การเจริญเติบโตดังกล่าวจะดำเนินต่อไปได้ถึง 8-10 ชั่วโมง ในขณะที่การระเหยจะมีมากกว่าการถ่ายเทไอจากด้านล่างไปยังชั้นที่สูงขึ้น หลังจากผ่านไป 8-10 ชั่วโมง ความเข้มข้นของการผสมแบบปั่นป่วนจะเพิ่มขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการที่ไอน้ำถูกถ่ายเทขึ้นอย่างรวดเร็ว ไอน้ำที่ไหลออกนี้ไม่มีเวลาชดเชยด้วยการระเหยอีกต่อไป อันเป็นผลมาจากปริมาณความชื้นและส่งผลให้ความยืดหยุ่นของไอน้ำในชั้นผิวลดลงและถึงจุดต่ำสุดที่สองที่ 15-16 ชม. เข้าสู่ บรรยากาศโดยการระเหยยังคงดำเนินต่อไป ความดันไอและความชื้นสัมบูรณ์ในอากาศเริ่มเพิ่มขึ้นและถึงจุดสูงสุดที่สองที่ 20-22 ชั่วโมง ในเวลากลางคืน การระเหยเกือบจะหยุดลง ส่งผลให้ปริมาณไอน้ำลดลง

หลักสูตรประจำปีของความยืดหยุ่นของไอน้ำและความชื้นสัมบูรณ์นั้นสอดคล้องกับอุณหภูมิอากาศประจำปีทั้งเหนือมหาสมุทรและบนบก ในซีกโลกเหนือความชื้นในอากาศสูงสุดจะสังเกตได้ในเดือนกรกฎาคม ต่ำสุด - ในเดือนมกราคม ตัวอย่างเช่น ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ความดันไอน้ำเฉลี่ยต่อเดือนในเดือนกรกฎาคมคือ 14.3 hPa และในเดือนมกราคม - 3.3 hPa

ความชื้นสัมพัทธ์ในแต่ละวันขึ้นอยู่กับความดันไอและความยืดหยุ่นของการอิ่มตัว เมื่ออุณหภูมิของพื้นผิวระเหยเพิ่มขึ้นอัตราการระเหยจะเพิ่มขึ้นและส่งผลให้ e เพิ่มขึ้น แต่ E เติบโตเร็วกว่า e ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิพื้นผิวเพิ่มขึ้นและอุณหภูมิอากาศความชื้นสัมพัทธ์ ลดลง [ดู. สูตร (5.1)]. เป็นผลให้เส้นทางของมันใกล้พื้นผิวโลกกลายเป็นเส้นทางย้อนกลับของพื้นผิวและอุณหภูมิอากาศ: ความชื้นสัมพัทธ์สูงสุดเกิดขึ้นก่อนพระอาทิตย์ขึ้นและต่ำสุด - เวลา 15:00 น. (รูปที่ 5.2) การลดลงในแต่ละวันจะเด่นชัดเป็นพิเศษในทวีปต่างๆ ในฤดูร้อน เมื่ออันเป็นผลมาจากการแพร่กระจายของไอที่ปั่นป่วนขึ้น e ใกล้พื้นผิวจะลดลง และเนื่องจากอุณหภูมิอากาศเพิ่มขึ้น E จึงเพิ่มขึ้น ดังนั้นความกว้างของความผันผวนรายวันของความชื้นสัมพัทธ์ในทวีปจึงมากกว่าพื้นผิวน้ำ

ในหลักสูตรประจำปีความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศจะเปลี่ยนไปในทิศทางตรงกันข้ามกับอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่นในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยในเดือนพฤษภาคมคือ 65% และในเดือนธันวาคม - 88% (รูปที่ 5.3) ในภูมิภาคที่มีภูมิอากาศแบบมรสุม ความชื้นสัมพัทธ์ต่ำสุดจะเกิดขึ้นในฤดูหนาว และสูงสุดในฤดูร้อนเนื่องจากการถ่ายโอนมวลอากาศชื้นในทะเลในช่วงฤดูร้อนสู่พื้นดิน: ตัวอย่างเช่น ในวลาดิวอสตอคในฤดูร้อน /= 89% ในฤดูหนาว /= 68%.

การขาดดุลความอิ่มตัวของไอน้ำจะขนานไปกับอุณหภูมิของอากาศ ในระหว่างวันการขาดดุลจะยิ่งใหญ่ที่สุดที่ 14-15 ชั่วโมงและน้อยที่สุดก่อนพระอาทิตย์ขึ้น ในระหว่างปี การขาดดุลความอิ่มตัวของไอน้ำจะสูงสุดในเดือนที่ร้อนที่สุดและต่ำสุดในเดือนที่หนาวที่สุด ในภูมิภาคบริภาษที่แห้งแล้งของรัสเซียในฤดูร้อนเวลา 13:00 น. การขาดดุลความอิ่มตัวเกิน 40 hPa เป็นประจำทุกปี ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก การขาดดุลความอิ่มตัวของไอน้ำในเดือนมิถุนายนเฉลี่ย 6.7 hPa และในเดือนมกราคม - เพียง 0.5 hPa

ความชื้นในอากาศในพืชปกคลุม

พืชคลุมมีอิทธิพลอย่างมากต่อความชื้นในอากาศ พืชระเหยน้ำจำนวนมากและทำให้ชั้นผิวของบรรยากาศมีไอน้ำเพิ่มขึ้นโดยสังเกตความชื้นในอากาศที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับพื้นผิวเปล่า นอกจากนี้ยังช่วยอำนวยความสะดวกโดยความเร็วลมที่ลดลงจากพืชปกคลุม และเป็นผลให้เกิดการฟุ้งกระจายของไอน้ำที่ปั่นป่วน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเวลากลางวัน ความดันไอภายในยอดไม้ในวันที่อากาศแจ่มใสในฤดูร้อนอาจมากกว่าในที่โล่งถึง 2...4 hPa ในบางกรณีถึง 6...8 hPa ภายใน agrophytocenoses สามารถเพิ่มความยืดหยุ่นของไอน้ำได้ 6...11 hPa เมื่อเปรียบเทียบกับสนามไอน้ำ ในตอนเย็นและตอนกลางคืน อิทธิพลของพืชที่มีต่อความชื้นจะน้อยลง

พืชพรรณมีอิทธิพลอย่างมากต่อความชื้นสัมพัทธ์ ดังนั้นในวันที่อากาศแจ่มใสในไร่ข้าวไรย์และข้าวสาลีความชื้นสัมพัทธ์คือ 15 ... เหนือดินเปล่า ในพืชผลความชื้นสัมพัทธ์สูงสุดจะสังเกตได้ที่พื้นผิวของดินที่มีพืชเป็นร่มเงาและต่ำสุด - ในชั้นบนของใบ (ตารางที่ 5.1) การกระจายความชื้นสัมพัทธ์และการขาดดุลความอิ่มตัวในแนวตั้ง

การขาดความอิ่มตัวของไอน้ำตามลำดับในพืชผลนั้นน้อยกว่าดินเปล่ามาก การกระจายของมันมีลักษณะลดลงจากชั้นบนของใบไปยังชั้นล่าง (ดูตารางที่ 5.1)

ก่อนหน้านี้มีการบันทึกไว้ว่าพืชปกคลุมมีผลอย่างมากต่อการแผ่รังสี (ดูบทที่ 2) อุณหภูมิของดินและอากาศ (ดูบทที่ 3 และ 4) เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับพื้นที่เปิด เช่น ในพืช ชุมชน, ของมันเอง, ระบอบอุตุนิยมวิทยาพิเศษ - phytoclimate ความรุนแรงของการแสดงออกนั้นขึ้นอยู่กับชนิด ที่อยู่อาศัย และอายุของพืช ความหนาแน่นของการปลูก วิธีการหว่าน (การปลูก)

มีอิทธิพลต่อสภาพอากาศและสภาพอากาศ - ในสภาพอากาศที่มีเมฆมากและอากาศแจ่มใสลักษณะทางภูมิอากาศจะเด่นชัดกว่า

ค่าความชื้นอากาศสำหรับการผลิตทางการเกษตร

ไอน้ำในชั้นบรรยากาศมีความสำคัญอย่างยิ่งในการรักษาความร้อนบนพื้นผิวโลกตามที่ระบุไว้ในบทที่ 2 เนื่องจากไอน้ำจะดูดซับความร้อนที่แผ่ออกมาจากมัน ความชื้นเป็นองค์ประกอบหนึ่งของสภาพอากาศที่จำเป็นต่อการผลิตทางการเกษตร

ความชื้นในอากาศมีอิทธิพลอย่างมากต่อพืช โดยมากจะเป็นตัวกำหนดความเข้มของการคายน้ำ ที่อุณหภูมิสูงและความชื้นต่ำ (/"< 30 %) транспирация резко увеличивается и у растений возникает большой недостаток воды, что отражается на их росте и развитии. Например, отмечается недоразвитие генеративных органов, задерживается цветение.

ความชื้นต่ำในช่วงออกดอกทำให้ละอองเรณูแห้งและส่งผลให้การปฏิสนธิไม่สมบูรณ์ซึ่งในธัญพืชทำให้เกิดเมล็ดพืช ในช่วงระยะเวลาการเติมเมล็ดข้าว อากาศแห้งมากเกินไปทำให้เมล็ดพืชอ่อนแอ ผลผลิตลดลง

ปริมาณความชื้นในอากาศต่ำนำไปสู่ผลไม้ผลเล็ก พืชผลเบอร์รี่ องุ่น การวางตาที่ไม่ดีสำหรับการเพาะปลูกในปีหน้า และเป็นผลให้ผลผลิตลดลง

ความชื้นยังส่งผลต่อคุณภาพของพืชผลด้วย โปรดทราบว่าความชื้นต่ำจะลดคุณภาพของเส้นใยแฟลกซ์ แต่ปรับปรุงคุณภาพการอบของข้าวสาลี คุณสมบัติทางเทคนิคของน้ำมันลินสีด ปริมาณน้ำตาลในผลไม้ ฯลฯ

ข้อเสียโดยเฉพาะอย่างยิ่งคือการลดลงของความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศโดยขาดความชื้นในดิน หากอากาศร้อนและแห้งเป็นเวลานาน พืชอาจแห้งได้

ปริมาณความชื้นที่เพิ่มขึ้นเป็นเวลานาน (/> 80%) ยังส่งผลเสียต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืชด้วย ความชื้นในอากาศที่สูงเกินไปทำให้โครงสร้างเซลล์ขนาดใหญ่ของเนื้อเยื่อพืช ซึ่งต่อมาจะนำไปสู่การพักของธัญญพืช ในช่วงออกดอกความชื้นในอากาศป้องกันการผสมเกสรตามปกติของพืชและลดผลผลิตเนื่องจากอับเรณูเปิดน้อยลงการบินของแมลงจึงลดลง

ความชื้นในอากาศที่เพิ่มขึ้นจะชะลอการเริ่มสุกของเมล็ดข้าว เพิ่มความชื้นในเมล็ดข้าวและฟาง ซึ่งประการแรก ส่งผลเสียต่อการทำงานของเครื่องเกี่ยวนวด และประการที่สอง ทำให้ต้องเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมสำหรับการอบแห้งเมล็ดพืช (ตารางที่ 5.2)

การลดลงของการขาดดุลความอิ่มตัวถึง 3 hPa หรือมากกว่านั้นนำไปสู่การหยุดการเก็บเกี่ยวเกือบเนื่องจากสภาพที่ย่ำแย่

ในฤดูร้อนความชื้นในอากาศที่เพิ่มขึ้นก่อให้เกิดการพัฒนาและการแพร่กระจายของโรคเชื้อราหลายชนิดของพืชผลทางการเกษตร (โรคใบไหม้ของมันฝรั่งและมะเขือเทศ, โรคราน้ำค้างขององุ่น, โรคราน้ำค้างสีขาวของดอกทานตะวัน, โรคราสนิมชนิดต่างๆ ของพืชเมล็ดข้าว ฯลฯ ). อิทธิพลของปัจจัยนี้จะเพิ่มขึ้นโดยเฉพาะเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น (ตารางที่ 5.3)

5.3. จำนวนต้นข้าวสาลีฤดูใบไม้ผลิ ซีเซียม 111 ได้รับผลกระทบจากเขม่า ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความชื้นและอุณหภูมิของอากาศ

ในสมดุลความร้อนของสัตว์ในฟาร์มและมนุษย์ การถ่ายเทความร้อนจะสัมพันธ์กับความชื้นในอากาศ ที่อุณหภูมิอากาศต่ำกว่า 10°C ความชื้นสูงจะช่วยเพิ่มการถ่ายเทความร้อนของสิ่งมีชีวิต และที่อุณหภูมิสูงจะทำให้การถ่ายเทความร้อนช้าลง

ไอน้ำ - สถานะก๊าซของน้ำ

ไอน้ำไม่เพียงก่อตัวขึ้นเท่านั้น คำนี้ใช้กับหมอกเช่นกัน

หมอกเป็นไอที่มองเห็นได้เนื่องจากหยดน้ำที่ก่อตัวขึ้นเมื่อมีอากาศเย็น ไอระเหยจะควบแน่น

ที่ความดันต่ำ เช่น ในบรรยากาศชั้นบนหรือบนยอดเขาสูง น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิต่ำกว่าค่าปกติ 100 °C (212 °F) เมื่อถูกความร้อนจะกลายเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่งในภายหลัง

ในฐานะที่เป็นแก๊ส ไอน้ำสามารถบรรจุไอน้ำได้ในปริมาณหนึ่งเท่านั้น (ปริมาณจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน)

สมดุลไอของเหลวเป็นสถานะที่ของเหลวและไอ (เฟสแก๊ส) อยู่ในสภาวะสมดุลซึ่งกันและกัน นี่คือสถานะที่อัตราการระเหย (ของเหลวเปลี่ยนสถานะเป็นไอ) เท่ากับอัตราการควบแน่น (เปลี่ยนสถานะไอเป็นของเหลว) ที่ ระดับโมเลกุล ซึ่งโดยทั่วไปหมายถึงการแลกเปลี่ยน "ไอน้ำ-น้ำ" แม้ว่าในทางทฤษฎีแล้ว ความสมดุลจะเกิดขึ้นได้ในพื้นที่ที่ค่อนข้างปิด แต่พวกมันก็สัมผัสกันเป็นเวลานานโดยปราศจากการรบกวนหรือการรบกวนจากภายนอก เมื่อก๊าซดูดซับปริมาณสูงสุดแล้ว จะเรียกว่าอยู่ในสภาวะสมดุลของไอของเหลว แต่ถ้ามีน้ำมากกว่านั้น จะเรียกว่าเป็น 'ไอเปียก'

น้ำ ไอน้ำ และคุณสมบัติต่างๆ บนโลก

• แผ่นน้ำแข็งขั้วโลกบนดาวอังคาร
• ไทเทเนียม
• ยุโรป
• วงแหวนแห่งดาวเสาร์
• เอนเซลาดัส
• ดาวพลูโตและชารอน
• ดาวหางและแหล่งกำเนิดประชากรของดาวหาง (วัตถุในแถบไคเปอร์และเมฆออร์ต)

อาจมีน้ำแข็งเกาะอยู่บน Ceres และ Tethys น้ำและสารระเหยอื่นๆ อาจประกอบเป็นโครงสร้างภายในส่วนใหญ่ของดาวยูเรนัสและเนปจูน และน้ำในชั้นลึกอาจอยู่ในรูปของน้ำไอออนิก ซึ่งโมเลกุลจะแตกตัวเป็นซุปไฮโดรเจนและไอออนออกซิเจน น้ำซึ่งออกซิเจนตกผลึก แต่ไฮโดรเจนไอออนลอยอย่างอิสระภายในตาข่ายออกซิเจน

แร่ธาตุบนดวงจันทร์บางส่วนประกอบด้วยโมเลกุลของน้ำ ตัวอย่างเช่น ในปี 2551 อุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการที่รวบรวมและระบุอนุภาคพบสารประกอบจำนวนเล็กน้อยภายในไข่มุกภูเขาไฟที่ลูกเรืออพอลโล 15 นำจากดวงจันทร์มายังโลกในปี 2514 NASA รายงานการค้นพบโมเลกุลของน้ำโดย NASA Moon Mineralogy Mapper บนยานอวกาศ Chandrayaan-1 ขององค์การวิจัยอวกาศอินเดียในเดือนกันยายน 2552

แอปพลิเคชัน Steam

ไอน้ำถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท ตัวอย่างเช่น การใช้งานทั่วไปสำหรับไอน้ำ เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนด้วยไอน้ำของกระบวนการในโรงงานและโรงงานต่างๆ และในกังหันขับเคลื่อนไอน้ำในโรงไฟฟ้า ...

ต่อไปนี้คือการใช้งานทางอุตสาหกรรมทั่วไปสำหรับไอน้ำ: การทำความร้อน/การฆ่าเชื้อ, การเคลื่อนไหว/การขับเคลื่อน, การทำให้เป็นละออง, การทำความสะอาด, การทำความชื้น...

การสื่อสารของน้ำและไอน้ำ ความดัน และอุณหภูมิ

ความอิ่มตัวของไอน้ำ (แห้ง) เป็นผลมาจากกระบวนการที่น้ำถูกทำให้ร้อนถึงจุดเดือด แล้วระเหยด้วยความร้อนเพิ่มเติม (ความร้อนที่ซ่อนอยู่)

หากไอน้ำนี้ได้รับความร้อนสูงกว่าจุดอิ่มตัว ไอน้ำจะกลายเป็นไอน้ำร้อนยิ่งยวด (การให้ความร้อนจริง)

ไอน้ำอิ่มตัว

ไอน้ำอิ่มตัวก่อตัวขึ้นที่อุณหภูมิและความดันซึ่งไอน้ำ (ก๊าซ) และน้ำ (ของเหลว) สามารถอยู่ร่วมกันได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งจะเกิดขึ้นเมื่ออัตราการระเหยของน้ำเท่ากับอัตราการควบแน่น

ประโยชน์ของการใช้ไอน้ำอิ่มตัวเพื่อให้ความร้อน

ไอน้ำอิ่มตัวมีคุณสมบัติมากมายที่ทำให้เป็นแหล่งความร้อนที่ดีเยี่ยม โดยเฉพาะที่อุณหภูมิ 100 °C (212 °F) ขึ้นไป

ไอเปียก

นี่เป็นรูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดที่พืชส่วนใหญ่ประสบจริง เมื่อไอน้ำถูกสร้างขึ้นโดยใช้หม้อต้ม ไอน้ำมักจะมีความชื้นจากโมเลกุลของน้ำที่ไม่ระเหยซึ่งถูกพัดพาไปในไอน้ำที่กระจายออกมา แม้แต่หม้อต้มที่ดีที่สุดก็สามารถผลิตไอน้ำที่มีความชื้น 3% ถึง 5% ได้ เมื่อน้ำเข้าใกล้ความอิ่มตัวและเริ่มระเหย โดยปกติแล้วน้ำบางส่วนจะจับตัวเป็นละอองหรือละออง นี่เป็นหนึ่งในสาเหตุสำคัญที่ทำให้คอนเดนเสทก่อตัวขึ้นจากไอระเหยที่กระจายตัว

ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง

ไอน้ำร้อนยวดยิ่งสร้างขึ้นโดยการให้ความร้อนเพิ่มเติมของไอน้ำเปียกหรือไอน้ำอิ่มตัวเกินจุดไอน้ำอิ่มตัว ทำให้เกิดไอน้ำที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นและมีความหนาแน่นต่ำกว่าไอน้ำอิ่มตัวที่ความดันเท่ากัน ไอน้ำร้อนยวดยิ่งถูกใช้เป็นหลักในการขับเคลื่อนเครื่องยนต์/เทอร์ไบน์ และโดยปกติจะไม่ใช้ในการถ่ายเทความร้อน

น้ำเหนือวิกฤต

น้ำเหนือวิกฤตคือน้ำในสภาวะที่เกินจุดวิกฤติ: 22.1MPa, 374°C (3208 PSIA, 705°F) ที่จุดวิกฤต ความร้อนแฝงของไอระเหยเป็นศูนย์ และปริมาตรจำเพาะของไอระเหยจะเท่ากันทุกประการ ไม่ว่าจะอยู่ในสถานะของเหลวหรือก๊าซ กล่าวอีกนัยหนึ่งน้ำที่มีความดันและอุณหภูมิสูงกว่าจุดวิกฤติจะอยู่ในสถานะที่แยกไม่ออกว่าไม่ใช่ของเหลวหรือก๊าซ

น้ำที่วิกฤตยิ่งยวดถูกนำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนกังหันในโรงไฟฟ้าที่ต้องการประสิทธิภาพที่สูงขึ้น การวิจัยเกี่ยวกับน้ำที่วิกฤตยิ่งยวดกำลังดำเนินการโดยมุ่งเน้นที่การใช้น้ำที่มีคุณสมบัติเป็นทั้งของเหลวและก๊าซ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งความเหมาะสมในการเป็นตัวทำละลายสำหรับปฏิกิริยาเคมี

สถานะของน้ำที่แตกต่างกัน

น้ำไม่อิ่มตัว

นี่คือน้ำในสถานะที่เป็นที่รู้จักมากที่สุด ประมาณ 70% ของน้ำหนักร่างกายมนุษย์มาจากน้ำ ในรูปของเหลว น้ำมีพันธะไฮโดรเจนที่เสถียรในโมเลกุลของน้ำ น้ำไม่อิ่มตัวมีโครงสร้างที่ค่อนข้างแน่น หนาแน่น และมั่นคง

ไอน้ำอิ่มตัว

โมเลกุลไออิ่มตัวจะมองไม่เห็น เมื่อไอน้ำอิ่มตัวเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ โดยถูกระบายออกจากท่อ บางส่วนควบแน่น ถ่ายเทความร้อนไปยังอากาศโดยรอบ และเกิดเป็นไอสีขาว (หยดน้ำเล็กๆ) เมื่อไอน้ำรวมละอองเล็กๆ เหล่านี้เข้าด้วยกัน จะเรียกว่าไอน้ำเปียก

ในระบบไอน้ำ กระแสไอน้ำจากกับดักไอน้ำมักถูกเรียกอย่างไม่ถูกต้องว่าเป็นไอน้ำอิ่มตัว ทั้งที่จริง ๆ แล้วเป็นไอน้ำวาบไฟ ความแตกต่างระหว่างทั้งสองคือไอน้ำอิ่มตัวจะมองไม่เห็นทันทีที่ทางออกของท่อ ในขณะที่เมฆไอมีหยดน้ำที่มองเห็นได้ซึ่งก่อตัวขึ้นในทันที

ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง

ไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะไม่ควบแน่นแม้ว่าจะสัมผัสกับบรรยากาศและได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เป็นผลให้เมฆไอไม่ก่อตัว

ไอน้ำร้อนยิ่งยวดจะกักเก็บความร้อนได้มากกว่าไอน้ำอิ่มตัวที่ความดันเท่ากัน และโมเลกุลของไอน้ำจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่า จึงมีความหนาแน่นต่ำกว่า (กล่าวคือ ปริมาตรจำเพาะของไอน้ำจะมากกว่า)

น้ำเหนือวิกฤต

แม้ว่าจะไม่สามารถบอกได้ด้วยการสังเกตด้วยสายตา แต่เป็นน้ำที่อยู่ในรูปซึ่งไม่ใช่ของเหลวหรือก๊าซ แนวคิดทั่วไปคือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลซึ่งใกล้เคียงกับก๊าซ และความหนาแน่นซึ่งใกล้เคียงกับของเหลว

แม้ว่าเราจะไม่สามารถบอกได้จากการสังเกตด้วยสายตาว่าน้ำอยู่ในรูปใด แต่ก็ไม่ใช่ของเหลวหรือก๊าซ แนวคิดทั่วไปคือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลนั้นใกล้เคียงกับก๊าซ และความหนาแน่นของน้ำนั้นใกล้เคียงกับของเหลวมากกว่า

คุณสมบัติของไอน้ำ

ในฐานะที่เป็นก๊าซจริง เราพิจารณาไอน้ำซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีหลายสาขา และเหนือสิ่งอื่นใด ในวิศวกรรมพลังงานความร้อน ซึ่งเป็นของเหลวในการทำงานหลัก ดังนั้นการศึกษาคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของน้ำและไอน้ำจึงมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่ง

ในทุกพื้นที่ของการผลิตทางอุตสาหกรรม มีการใช้ไอระเหยของสารต่างๆ กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ น้ำ แอมโมเนีย คาร์บอนไดออกไซด์ เป็นต้น ในจำนวนนี้ ไอน้ำเป็นสิ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด ซึ่งเป็นสารทำงานในกังหันไอน้ำ เครื่องยนต์ไอน้ำ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ น้ำยาหล่อเย็นในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนต่างๆ เป็นต้น

กระบวนการเปลี่ยนสารจากสถานะของเหลวเป็นสถานะก๊าซ ก็เรียก การกลายเป็นไอ โดยการระเหยเรียกว่าการกลายเป็นไอซึ่งมักเกิดขึ้นที่อุณหภูมิใด ๆ จากพื้นผิวที่ว่างของของเหลวหรือของแข็ง กระบวนการระเหยประกอบด้วยความจริงที่ว่าโมเลกุลแต่ละตัวสามารถเอาชนะแรงดึงดูดของโมเลกุลที่อยู่ใกล้เคียงด้วยความเร็วสูงและบินออกไปในอวกาศโดยรอบ อัตราการระเหยจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิของของเหลว

กระบวนการเดือดประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าถ้าความร้อนถูกส่งไปยังของเหลว จากนั้นที่อุณหภูมิหนึ่งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของของเหลวทำงานและความดัน กระบวนการของการกลายเป็นไอจะเกิดขึ้นทั้งบนพื้นผิวที่ว่างของของเหลวและภายใน .

การเปลี่ยนสถานะของสารจากสถานะก๊าซไปเป็นสถานะของเหลวหรือของแข็ง ก็เรียก การควบแน่นกระบวนการควบแน่นรวมถึงกระบวนการกลายเป็นไอจะดำเนินการที่อุณหภูมิคงที่หากความดันไม่เปลี่ยนแปลง ของเหลวที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำ ก็เรียก คอนเดนเสท

กระบวนการที่ของแข็งเปลี่ยนสถานะเป็นไอโดยตรงเรียกว่า การระเหิดกระบวนการย้อนกลับของการเปลี่ยนสถานะของไอเป็นของแข็งเรียกว่า การระเหิด

กระบวนการกลายเป็นไอ แนวคิดพื้นฐานและคำจำกัดความพิจารณากระบวนการรับไอน้ำ ในการทำเช่นนี้ เราใส่น้ำ 1 กิโลกรัมที่อุณหภูมิ 0 ° C ในกระบอกสูบที่มีลูกสูบเคลื่อนที่ได้ ให้เราใช้แรงคงที่กับลูกสูบจากภายนอก ร.จากนั้นด้วยพื้นที่ลูกสูบ F ความดันจะคงที่และเท่ากับ พี = พี/เอฟให้เราอธิบายกระบวนการของการกลายเป็นไอ เช่น การเปลี่ยนแปลงของสารจากสถานะของเหลวเป็นสถานะก๊าซ ใน พี, โวลต์แผนภาพ (รูปที่ 14)

ข้าว. 14. กระบวนการกลายเป็นไอ pv-แผนภาพ

สถานะเริ่มต้นของน้ำที่มีแรงดัน ร และมีอุณหภูมิ 0 ° C แสดงในแผนภาพโดยจุด a 1, a 2, a 3 . เมื่อให้ความร้อนแก่น้ำ อุณหภูมิของน้ำจะค่อยๆ สูงขึ้นจนกระทั่งถึงจุดเดือด t s , สอดคล้องกับความกดดันนี้ ในกรณีนี้ ปริมาตรเฉพาะของของเหลวจะลดลงก่อน ถึงค่าต่ำสุดที่ t = 4°C แล้วจึงเริ่มเพิ่มขึ้น (ความผิดปกติดังกล่าว - ความหนาแน่นเพิ่มขึ้นเมื่อได้รับความร้อนในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด - มีของเหลวเพียงไม่กี่ชนิด) สำหรับของเหลวส่วนใหญ่ ปริมาตรเฉพาะจะเพิ่มขึ้นอย่างจำเจเมื่อได้รับความร้อน) สถานะของของเหลวที่ถึงจุดเดือดแสดงไว้ในแผนภาพตามจุด b 1, b 2, b 3 .

ด้วยความร้อนที่เพิ่มขึ้นน้ำเริ่มเดือดโดยมีปริมาณเพิ่มขึ้นอย่างมาก ตอนนี้ทรงกระบอกมีตัวกลางแบบสองเฟส - ส่วนผสมของน้ำและไอน้ำที่เรียกว่าไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียก อิ่มตัว เรียกว่าไอซึ่งอยู่ในสมดุลทางความร้อนและไดนามิกกับของเหลวที่เกิดขึ้นสมดุลไดนามิกคือจำนวนโมเลกุลที่บินออกจากน้ำสู่ช่องว่างไอเท่ากับจำนวนโมเลกุลที่ควบแน่นบนพื้นผิว ในพื้นที่ไอระเหยในสภาวะสมดุลนี้ มีจำนวนโมเลกุลสูงสุดที่เป็นไปได้ ณ อุณหภูมิที่กำหนด เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จำนวนโมเลกุลที่มีพลังงานเพียงพอในการหนีเข้าไปในช่องว่างของไอจะเพิ่มขึ้น ความสมดุลได้รับการฟื้นฟูเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของความดันไอ ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความหนาแน่น และเป็นผลให้จำนวนโมเลกุลควบแน่นบนพื้นผิวของน้ำต่อหน่วยเวลา ตามมาว่าความดันของไออิ่มตัวเป็นฟังก์ชันที่เพิ่มขึ้นแบบโมโนโทนิกของอุณหภูมิ หรือในทำนองเดียวกัน อุณหภูมิของไออิ่มตัวคือฟังก์ชันที่เพิ่มขึ้นของความดันแบบโมโนโทนิก

เมื่อปริมาตรเพิ่มขึ้นเหนือพื้นผิวของเหลวซึ่งมีอุณหภูมิอิ่มตัว ของเหลวจำนวนหนึ่งจะผ่านเข้าสู่ไอ เมื่อปริมาตรลดลง ไอ "ส่วนเกิน" จะผ่านเข้าสู่ของเหลวอีกครั้ง แต่ในทั้งสองกรณี ความดันไอจะคงที่ .

หากการกลายเป็นไอของของเหลวเกิดขึ้นในพื้นที่ไม่จำกัด ของเหลวทั้งหมดจะกลายเป็นไอน้ำได้ หากการกลายเป็นไอของของเหลวเกิดขึ้นในภาชนะปิด โมเลกุลที่หนีออกจากของเหลวจะเติมพื้นที่ว่างด้านบน ในขณะที่โมเลกุลบางส่วนที่เคลื่อนที่ในช่องว่างไอเหนือพื้นผิวจะกลับคืนสู่ของเหลว ในบางจุดระหว่างการกลายเป็นไอและการเปลี่ยนกลับของโมเลกุลจากไอเป็นของเหลว ความเท่าเทียมกันอาจเกิดขึ้นโดยจำนวนของโมเลกุลที่ออกจากของเหลวจะเท่ากับจำนวนของโมเลกุลที่กลับคืนสู่ของเหลว ในขณะนี้ จำนวนโมเลกุลที่เป็นไปได้สูงสุดจะอยู่ในช่องว่างเหนือของเหลว ไอในสถานะนี้ถือว่ามีความหนาแน่นสูงสุดที่อุณหภูมิที่กำหนดและเรียกว่า อิ่มตัว

ดังนั้นไอที่สัมผัสกับของเหลวและในสภาวะสมดุลทางความร้อนจึงเรียกว่าอิ่มตัว เมื่ออุณหภูมิของของเหลวเปลี่ยนแปลง สมดุลจะถูกรบกวน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันในความหนาแน่นและความดันของไออิ่มตัว

ของผสมสองเฟสซึ่งเป็นไอที่มีหยดของเหลวแขวนอยู่เรียกว่าไอน้ำอิ่มตัวเปียก. ดังนั้น ไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียกจึงถือได้ว่าเป็นส่วนผสมของไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งที่มีหยดน้ำเล็กๆ ลอยอยู่ในมวลของมัน

เศษส่วนมวลของไอน้ำอิ่มตัวแห้งในไอน้ำเปียกเรียกว่าระดับความแห้งของไอน้ำและเขียนแทนด้วยตัวอักษร เอ็กซ์เศษส่วนมวลของน้ำเดือดในไอน้ำเปียก เท่ากับ 1- เอ็กซ์,เรียกว่าระดับความชื้น สำหรับต้มของเหลว x= 0 และสำหรับไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้ง x= 1. สถานะของไอน้ำเปียกนั้นมีพารามิเตอร์สองตัว: ความดัน (หรืออุณหภูมิอิ่มตัว เสื้อ s ซึ่งกำหนดความดันนี้) และระดับความแห้งของไอน้ำ

เมื่อมีการให้ความร้อน ปริมาณของเฟสของเหลวจะลดลง และเฟสของไอจะเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของส่วนผสมยังคงไม่เปลี่ยนแปลงและเท่ากับ t s เนื่องจากความร้อนทั้งหมดถูกใช้ไปกับการระเหยของเฟสของเหลว ดังนั้น กระบวนการกลายเป็นไอในขั้นตอนนี้จึงเป็นไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอล ในที่สุดน้ำหยดสุดท้ายจะกลายเป็นไอน้ำ และกระบอกสูบจะเต็มไปด้วยไอน้ำเท่านั้น ซึ่งเรียกว่าอิ่มตัวแบบแห้ง

ไออิ่มตัวซึ่งไม่มีอนุภาคแขวนลอยในเฟสของเหลว ก็เรียกไอน้ำอิ่มตัวแห้ง ปริมาตรและอุณหภูมิเฉพาะเป็นฟังก์ชันของความดัน ดังนั้น สถานะของไอน้ำแห้งสามารถกำหนดได้ด้วยพารามิเตอร์ใดๆ - ความดัน ปริมาตรเฉพาะหรืออุณหภูมิ

สถานะของมันจะแสดงด้วยจุด c 1 , c 2 , c 3 .

จุดแสดงถึงไอน้ำร้อนยวดยิ่ง เมื่อให้ความร้อนกับไอน้ำแห้งที่ความดันเดียวกัน อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น ไอน้ำจะร้อนมากเกินไป จุด d (d 1 , d 2 , d 3) แสดงถึงสถานะของไอน้ำร้อนยิ่งยวด และไอน้ำสามารถอยู่ในระยะห่างที่ต่างกันจากจุด c ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

ทางนี้, ร้อนเกินไป ไอน้ำเรียกว่าอุณหภูมิที่เกินอุณหภูมิของไอน้ำอิ่มตัวที่มีความดันเท่ากัน

เนื่องจากปริมาตรเฉพาะของไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ความดันเดียวกันนั้นมากกว่าไอน้ำอิ่มตัว ไอน้ำร้อนยวดยิ่งจึงมีโมเลกุลน้อยกว่าต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร ซึ่งหมายความว่าไอน้ำมีความหนาแน่นต่ำกว่า สถานะของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง เช่นเดียวกับก๊าซอื่นๆ ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์อิสระสองตัว

กระบวนการรับไอน้ำอิ่มตัวแห้งที่ความดันคงที่โดยทั่วไปแสดงโดยกราฟ abc และไอน้ำร้อนยวดยิ่งในกรณีทั่วไป - โดยกราฟ abcd ในขณะที่ ab เป็นกระบวนการทำให้น้ำร้อนถึงจุดเดือด bc คือกระบวนการกลายเป็นไอ เกิดขึ้นพร้อมกันที่ความดันคงที่และที่อุณหภูมิคงที่ กล่าวคือ กระบวนการ bc เป็นไอโซบาริกและไอโซเทอร์มอลในเวลาเดียวกัน และสุดท้าย cd ​​เป็นกระบวนการของไอน้ำร้อนยิ่งยวดที่ความดันคงที่ แต่ที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น ระหว่างจุด b และ c มีไอน้ำเปียกที่มีค่ากลางต่างๆ ของระดับความแห้ง

เส้นโค้ง I ของน้ำเย็นแสดงด้วยเส้นที่ขนานกับแกน y โดยสมมติว่าน้ำไม่สามารถบีบอัดได้ ดังนั้น ปริมาตรเฉพาะของน้ำจึงแทบไม่ขึ้นกับความดัน เส้นโค้ง II เรียกว่าเส้นโค้งขอบเขตล่างหรือเส้นโค้งของเหลว และเส้นโค้ง III เรียกว่าเส้นโค้งขอบเขตบน หรือเส้นโค้งไอน้ำอิ่มตัวแห้ง เส้นโค้ง II แยกบริเวณของของเหลวออกจากบริเวณของไออิ่มตัวในแผนภาพ และเส้นโค้ง III แยกบริเวณของไออิ่มตัวออกจากบริเวณของไอร้อนยวดยิ่ง

จุดที่ a 1 , a 2 และ a 3 แสดงถึงสถานะของน้ำเย็น 1 กิโลกรัมที่อุณหภูมิ 0 ° C และความดันต่างกัน ซึ่งเกือบจะอยู่ในแนวดิ่งเดียวกัน จุด b 1 , b 2 และ b 3 เลื่อนไปทางขวาพร้อมกับความดันที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิเดือด เสื้อ H และด้วยเหตุนี้ ปริมาตรเฉพาะของน้ำเดือดจึงเพิ่มขึ้นตามไปด้วย จุด ค 1 , ค 2 และ ค 3 เลื่อนไปทางซ้าย ดังนั้นเมื่อความดันเพิ่มขึ้น ปริมาตรเฉพาะของไอน้ำจะลดลงแม้ว่าอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นก็ตาม

จะเห็นได้จากแผนภาพ pv ที่ความดันเพิ่มขึ้น จุด b 1, b 2 และ b 3 และ c 1 ที่มี 2 และ 3 เข้ามาใกล้มากขึ้น เช่น ความแตกต่างของปริมาตรเฉพาะของไอน้ำอิ่มตัวแห้งและน้ำเดือด ค่อยๆ ลดลง (ส่วน bc) ในที่สุด ที่ความดันหนึ่ง ความแตกต่างนี้จะเท่ากับศูนย์ นั่นคือ จุด b และ c ตรงกัน และเส้น II และ III บรรจบกัน จุดบรรจบของเส้นโค้งทั้งสองเรียกว่าจุดวิกฤติและเขียนแทนด้วยตัวอักษร k สถานะที่สอดคล้องกับจุด k เรียกว่าสถานะวิกฤติ

พารามิเตอร์ของไอน้ำในสถานะวิกฤตมีดังนี้ ความดัน p k = 225.65 ata; อุณหภูมิ t \u003d 374.15 ° C ปริมาตรเฉพาะ v K \u003d 0.00326 m 3 / kg

ที่จุดวิกฤต น้ำเดือดและไอน้ำมีพารามิเตอร์สถานะเดียวกัน และการเปลี่ยนแปลงสถานะของการรวมตัวไม่ได้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในสภาวะวิกฤต ขอบเขตตามเงื่อนไขที่แยกสองช่วงของสสารนี้จะหายไป ที่อุณหภูมิสูงกว่าค่าวิกฤต (t > t K) ไอร้อนยวดยิ่ง (แก๊ส) จะไม่สามารถเปลี่ยนเป็นของเหลวได้ด้วยความดันที่เพิ่มขึ้น

อุณหภูมิวิกฤตคืออุณหภูมิสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับการอยู่ร่วมกันของสองเฟส: ของเหลวและไออิ่มตัว ที่อุณหภูมิสูงกว่าวิกฤต เป็นไปได้เพียงเฟสเดียวเท่านั้น ชื่อของเฟสนี้ (ของเหลวหรือไอร้อนยวดยิ่ง) นั้นขึ้นอยู่กับขอบเขตและมักจะถูกกำหนดโดยอุณหภูมิของมัน ก๊าซทั้งหมดจะร้อนยวดยิ่งสูงเหนือคู่ T cr อุณหภูมิยิ่งยวดยิ่งสูง (ที่ความดันที่กำหนด) คุณสมบัติของไอน้ำใกล้เคียงกับก๊าซในอุดมคติมากขึ้น

น้ำและไอน้ำเป็นของไหลในการทำงานและสารหล่อเย็นมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมความร้อน นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าน้ำและไอน้ำมีคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่ค่อนข้างดีและไม่ส่งผลเสียต่อโลหะและสิ่งมีชีวิต ไอน้ำเกิดจากน้ำโดยการระเหยและการเดือด

การระเหยเรียกว่ากลายเป็นไอซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะบนพื้นผิวของของเหลว กระบวนการนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิใดก็ได้ ในระหว่างการระเหย โมเลกุลจะบินออกจากของเหลวซึ่งมีความเร็วค่อนข้างสูง ส่งผลให้ความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลที่ยังคงอยู่ลดลง และอุณหภูมิของของเหลวจะลดลง

การเดือดเรียกว่าการกลายเป็นไออย่างรวดเร็วทั่วทั้งมวลของของเหลวซึ่งเกิดขึ้นเมื่อของเหลวถูกถ่ายโอนผ่านผนังของภาชนะด้วยความร้อนจำนวนหนึ่ง

จุดเดือดของน้ำขึ้นอยู่กับแรงดันที่อยู่ใต้น้ำ ยิ่งแรงดันมาก อุณหภูมิที่น้ำเริ่มเดือดก็จะยิ่งสูงขึ้น

ตัวอย่างเช่น ความกดอากาศเท่ากับ 760 มม. RT ศิลปะ. สอดคล้องกับ t \u003d 100 0 C ยิ่งความดันมาก จุดเดือดยิ่งสูง ความดันยิ่งต่ำ จุดเดือดของน้ำยิ่งต่ำ

หากของเหลวเดือดในภาชนะที่ปิด ก็จะเกิดไอขึ้นเหนือของเหลวซึ่งมีหยดความชื้นอยู่ ไอน้ำดังกล่าวเรียกว่าอิ่มตัวแบบเปียก ในกรณีนี้ อุณหภูมิของไอน้ำเปียกและน้ำเดือดจะเท่ากันและเท่ากับจุดเดือด

หากมีการจ่ายความร้อนอย่างต่อเนื่องน้ำทั้งหมดรวมถึงหยดที่เล็กที่สุดจะกลายเป็นไอน้ำ ไอน้ำดังกล่าวเรียกว่าอิ่มตัวแบบแห้ง

ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนของเหลว 1 กิโลกรัมที่ร้อนถึงจุดเดือด t เป็นไอน้ำเรียกว่าความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ (กิโลแคลอรี / กิโลกรัม)

ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอขึ้นอยู่กับความดันที่เกิดกระบวนการกลายเป็นไอ ดังนั้น ที่ความดันบรรยากาศ 760 มม.ปรอท ศิลปะ. ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ r = 540kcal/kg. ค่าความดันไออิ่มตัวที่สูงขึ้นจะสอดคล้องกับความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอที่ลดลง และค่าที่ต่ำกว่าจะสอดคล้องกับความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอที่สูงขึ้น

ไอน้ำอิ่มตัวและร้อนจัด ค่าที่กำหนดปริมาณไอน้ำอิ่มตัวแห้งในไอน้ำเปียก 1 กิโลกรัมเป็นเปอร์เซ็นต์เรียกว่าระดับความแห้งของไอน้ำและแสดงด้วยตัวอักษร X (x) สำหรับไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้ง X = 1

ความชื้นของไอน้ำอิ่มตัวในหม้อไอน้ำควรอยู่ที่ 1-3% นั่นคือระดับความแห้ง X = 100 - (1-3) = 99 - 97%

การแยกอนุภาคของน้ำออกจากไอน้ำเรียกว่าการแยกส่วน และอุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับการนี้เรียกว่าเครื่องแยก

การเปลี่ยนสถานะของน้ำจากของเหลวเป็นสถานะก๊าซเรียกว่าการกลายเป็นไอและจากการควบแน่นของก๊าซเป็นของเหลว ไอน้ำซึ่งอุณหภูมิของความดันสูงกว่าอุณหภูมิของไอน้ำอิ่มตัวเรียกว่าความร้อนยวดยิ่ง ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างไอน้ำร้อนยิ่งยวดและไอน้ำอิ่มตัวแห้งที่ความดันเดียวกันเรียกว่าไอน้ำร้อนยิ่งยวด