1. Odparovanie a kondenzácia
Proces prechodu látky z kvapalného do plynného skupenstva sa nazýva vyparovanie, opačný proces premeny látky z plynného skupenstva do kvapalného sa nazýva kondenzácia. Existujú dva typy odparovania - odparovanie a varenie. Najprv uvažujme o odparovaní kvapaliny. Vyparovanie je proces vyparovania, ku ktorému dochádza z otvoreného povrchu kvapaliny pri akejkoľvek teplote. Z hľadiska molekulárnej kinetickej teórie sú tieto procesy vysvetlené nasledovne. Molekuly kvapaliny, ktoré sa podieľajú na tepelnom pohybe, sa navzájom neustále zrážajú. To vedie k tomu, že niektoré z nich získajú kinetickú energiu dostatočnú na prekonanie molekulárnej príťažlivosti. Takéto molekuly, ktoré sú na povrchu kvapaliny, z nej vyletujú a vytvárajú paru (plyn) nad kvapalinou. Molekuly pary, ktoré sa chaoticky pohybujú, narážajú na povrch kvapaliny. V tomto prípade sa niektoré z nich môžu zmeniť na kvapalinu. Tieto dva procesy odchodu molekúl kvapaliny a ich návratu do kvapaliny prebiehajú súčasne. Ak je počet unikajúcich molekúl väčší ako počet vracajúcich sa molekúl, potom hmotnosť kvapaliny klesá, t.j. kvapalina sa vyparí, ak sa naopak množstvo kvapaliny zvýši, t.j. pozoruje sa kondenzácia pary. Je možný prípad, keď sa hmotnosti kvapaliny a pary umiestnené nad ňou nemenia. To je možné, keď sa počet molekúl opúšťajúcich kvapalinu rovná počtu molekúl, ktoré sa do nej vracajú. Tento stav sa nazýva dynamická rovnováha
A para
Byť v dynamickej rovnováhe so svojou tekutinou, nazývaný nasýtený
. Ak medzi parou a kvapalinou neexistuje dynamická rovnováha, potom sa nazýva nenasýtená. Je zrejmé, že nasýtená para má pri danej teplote určitú hustotu, ktorá sa nazýva rovnováha.
To zaisťuje, že rovnovážna hustota, a teda aj tlak nasýtenej pary vzhľadom na jej objem, zostáva konštantná pri konštantnej teplote, pretože zníženie alebo zvýšenie objemu tejto pary vedie ku kondenzácii pár alebo k vyparovaniu kvapaliny, resp. Izoterma nasýtenej pary pri určitej teplote v rovine súradníc P, V je priamka rovnobežná s osou V. So zvyšujúcou sa teplotou termodynamického systému kvapalina - nasýtená para počet molekúl opúšťajúcich kvapalinu za určitý čas presahuje počet molekúl vracajúcich sa z pary do kvapaliny. Toto pokračuje, kým zvýšenie hustoty pár nevedie k vytvoreniu dynamickej rovnováhy pri vyššej teplote. Súčasne sa zvyšuje aj tlak nasýtených pár. Tlak nasýtených pár teda závisí iba od teploty. Takýto rýchly nárast tlaku nasýtených pár je spôsobený tým, že so zvyšujúcou sa teplotou narastá nielen kinetická energia translačného pohybu molekúl, ale aj ich koncentrácia, t.j. počet molekúl na jednotku objemu
Kvapalina pri vyparovaní opúšťa najrýchlejšie molekuly, v dôsledku čoho klesá priemerná kinetická energia translačného pohybu zostávajúcich molekúl a následne klesá teplota kvapaliny (pozri § 24). Preto, aby teplota vyparujúcej sa kvapaliny zostala konštantná, musí sa jej neustále privádzať určité množstvo tepla.
Množstvo tepla, ktoré sa musí odovzdať jednotkovej hmotnosti kvapaliny, aby sa premenila na paru pri konštantnej teplote, sa nazýva špecifické teplo vyparovania.
Špecifické teplo vyparovania závisí od teploty kvapaliny a so zvyšujúcou sa teplotou klesá. Pri kondenzácii sa uvoľňuje množstvo tepla vynaloženého na odparovanie kvapaliny. Kondenzácia je proces prechodu z plynného skupenstva do kvapalného skupenstva.
2. Vlhkosť vzduchu.
Atmosféra vždy obsahuje určité množstvo vodnej pary. Stupeň vlhkosti je jednou zo základných charakteristík počasia a klímy a má v mnohých prípadoch praktický význam. Teda skladovanie rôznych materiálov (vrátane cementu, sadry a iných stavebných materiálov), surovín, výrobkov, zariadení atď. musí nastať pri určitej vlhkosti. V závislosti od účelu majú priestory aj primerané požiadavky na vlhkosť.
Na charakterizáciu vlhkosti sa používa množstvo veličín. Absolútna vlhkosť p je hmotnosť vodnej pary obsiahnutej v jednotke objemu vzduchu. Zvyčajne sa meria v gramoch na meter kubický (g/m3). Absolútna vlhkosť súvisí s parciálnym tlakom P vodnej pary podľa Mendelejevovej-Clipeyronovej rovnice, kde V je objem, ktorý zaberá para, m, T a m sú hmotnosť, absolútna teplota a molárna hmotnosť vodnej pary, R je univerzálna plynová konštanta (pozri (25.5)) . Parciálny tlak je tlak, ktorý vyvíja vodná para bez zohľadnenia pôsobenia iných typov molekúl vzduchu. Pretože p = m/V je hustota vodnej pary.
Kvapalina sa mení na paru (plyn) odparovaním a varom. Tieto procesy sú zjednotené pod rovnakým názvom „vyparovanie“, ale medzi týmito procesmi je rozdiel.
K odparovaniu dochádza z voľného povrchu akejkoľvek kvapaliny neustále. Fyzikálnym charakterom vyparovania je odklon molekúl od povrchu s vysokou rýchlosťou a kinetickou energiou tepelného pohybu. Kvapalina sa ochladí. V priemysle sa tento efekt využíva v chladiacich vežiach na chladenie vody.
Var (ako vyparovanie) je prechod látky do parného stavu, ale vyskytuje sa v celom objeme kvapaliny a iba vtedy, keď sa do kvapaliny pridáva teplo. Pri ďalšom zahrievaní zostáva teplota kvapaliny konštantná a kvapalina naďalej vrie.
Bod varu závisí od tlaku pár nad kvapalinou, s klesajúcim tlakom bod varu klesá a naopak. Znížením tlaku pár nad kvapalinou môžete znížiť bod varu kvapaliny na jej bod mrazu a výberom látok s požadovanými vlastnosťami môžete získať takmer akúkoľvek nízku teplotu.
Množstvo tepla potrebné na premenu 1 kg kvapaliny do stavu pary sa nazýva špecifické teplo vyparovania r, kJ/kg.
Teplota, pri ktorej dochádza k odparovaniu, sa nazýva teplota nasýtenia. Para môže byť mokrá alebo suchá (bez kvapiek kvapaliny). Para môže byť prehriata a môže mať teplotu prehriatia nad jej nasýtenou teplotou.
Tieto procesy sa používajú v parných kompresných chladiacich strojoch. Vriaca kvapalina je chladivo a zariadenie, v ktorom vrie a odoberá teplo z ochladzovanej látky, je výparník. Množstvo tepla dodávaného do vriacej kvapaliny je určené vzorcom:
Kde M- hmotnosť kvapaliny, ktorá sa mení na paru; r- výparné teplo.
Teplota varu kvapaliny závisí od tlaku. Táto závislosť je znázornená krivkou tlaku nasýtenia pár.
Pre najbežnejšie chladivo v chladiarenskom priemysle, amoniak, je takáto krivka znázornená na obr. 3, z ktorého je zrejmé, že pri tlaku rovnajúcom sa atmosférickému tlaku (0,1 MPa) zodpovedá teplota varu amoniaku -30 °C a pri 1,2 MPa - +30 °C.
Premena nasýtenej pary na kvapalinu sa nazýva kondenzácia, ku ktorej dochádza pri kondenzačnej teplote, ktorá závisí aj od tlaku. Teplota kondenzácie a teploty varu pri určitom tlaku homogénnej látky sú rovnaké. Tento efekt sa využíva v odparovacích kondenzátoroch na prenos kondenzačného tepla do vzduchu.
Sublimácia
Látka sa môže zmeniť z pevného skupenstva priamo na paru. Tento proces sa nazýva sublimácia. Teplo absorbované z okolitého vzduchu sa vynakladá na prekonanie kohéznych síl molekúl a vplyvu vonkajšieho tlaku, ktorý tomuto procesu bráni.
Za normálnych podmienok nesublimuje veľa látok – tuhý oxid uhličitý (suchý ľad), jód, gáfor atď.
Na chladenie a získanie nízkych teplôt sa používa suchý ľad, ktorý poskytuje teplotu -78,3°C pri atmosférickom tlaku a znížením tlaku je možné dosiahnuť -100°C.
Vyskytuje sa z voľného povrchu kvapaliny.
Sublimácia, alebo sublimácia, t.j. Prechod látky z pevného do plynného skupenstva sa nazýva aj vyparovanie.
Z každodenných pozorovaní je známe, že množstvo akejkoľvek kvapaliny (benzín, éter, voda) nachádzajúcej sa v otvorenej nádobe postupne klesá. Kvapalina nezmizne bez stopy - zmení sa na paru. Jedným z typov je odparovanie odparovanie. Ďalším typom je varná.
Mechanizmus odparovania.
Ako dochádza k odparovaniu? Molekuly akejkoľvek kvapaliny sú v nepretržitom a náhodnom pohybe a čím vyššia je teplota kvapaliny, tým väčšia je kinetická energia molekúl. Priemerná hodnota kinetickej energie má určitú hodnotu. Ale pre každú molekulu môže byť kinetická energia väčšia alebo menšia ako priemer. Ak je v blízkosti povrchu molekula s kinetickou energiou dostatočnou na prekonanie síl medzimolekulovej príťažlivosti, vyletí z kvapaliny. To isté sa bude opakovať s ďalšou rýchlou molekulou, s druhou, treťou atď. Tieto molekuly vyletia nad kvapalinou a vytvoria paru. Vznik tejto pary je vyparovanie.
Absorpcia energie počas odparovania.
Ako rýchlejšie molekuly vyletujú z kvapaliny počas vyparovania, priemerná kinetická energia molekúl zostávajúcich v kvapaline je čoraz menšia. To znamená, že vnútorná energia vyparujúcej sa kvapaliny klesá. Ak teda nedochádza k prílevu energie do kvapaliny zvonku, teplota vyparujúcej sa kvapaliny klesá, kvapalina sa ochladzuje (preto je najmä človeku v mokrom oblečení chladnejšie ako v suchom, najmä v vietor).
Keď sa však voda naliata do pohára vyparí, pokles jej teploty nezaznamenáme. Ako to môžeme vysvetliť? Faktom je, že k odparovaniu v tomto prípade dochádza pomaly a teplota vody sa udržiava konštantná v dôsledku výmeny tepla s okolitým vzduchom, z ktorého do kvapaliny vstupuje požadované množstvo tepla. To znamená, že na to, aby došlo k odparovaniu kvapaliny bez zmeny jej teploty, musí byť kvapaline odovzdaná energia.
Množstvo tepla, ktoré sa musí odovzdať kvapaline na vytvorenie jednotkovej hmotnosti pary pri konštantnej teplote, sa nazýva výparné teplo.
Rýchlosť odparovania kvapaliny.
Na rozdiel od vriaci k odparovaniu dochádza pri akejkoľvek teplote, avšak so zvyšujúcou sa teplotou kvapaliny sa zvyšuje rýchlosť odparovania. Čím vyššia je teplota kvapaliny, tým viac rýchlo sa pohybujúcich molekúl má dostatočnú kinetickú energiu na to, aby prekonali príťažlivé sily susedných častíc a vyleteli z kvapaliny, a tým rýchlejšie dochádza k odparovaniu.
Rýchlosť odparovania závisí od typu kvapaliny. Prchavé kvapaliny, ktorých intermolekulárne interakčné sily sú malé (napríklad éter, alkohol, benzín), sa rýchlo odparujú. Ak si takúto tekutinu kvapnete na ruku, bude vám zima. Odparením z povrchu ruky sa takáto kvapalina ochladí a odoberie jej trochu tepla.
Rýchlosť vyparovania kvapaliny závisí od jej voľného povrchu. Vysvetľuje to skutočnosť, že kvapalina sa odparuje z povrchu a čím väčšia je voľná plocha kvapaliny, tým väčší je počet molekúl, ktoré súčasne lietajú do vzduchu.
V otvorenej nádobe sa hmotnosť kvapaliny postupne zmenšuje v dôsledku vyparovania. Je to spôsobené tým, že väčšina molekúl pary sa rozptýli do vzduchu bez toho, aby sa vrátila do kvapaliny (na rozdiel od toho, čo sa deje v uzavretej nádobe). Ale malá časť z nich sa vracia do kvapaliny, čím sa spomaľuje odparovanie. Preto s vetrom, ktorý unáša molekuly pary, dochádza k rýchlejšiemu odparovaniu kvapaliny.
Aplikácia odparovania v technológii.
Odparovanie hrá dôležitú úlohu v energetike, chladení, sušení a chladení odparovaním. Napríklad vo vesmírnej technológii sú zostupové vozidlá potiahnuté rýchlo sa odparujúcimi látkami. Pri prechode atmosférou planéty sa telo prístroja v dôsledku trenia zahreje a látka, ktorá ho pokrýva, sa začne odparovať. Odparovaním ochladzuje kozmickú loď, čím ju chráni pred prehriatím.
Kondenzácia.
Kondenzácia(z lat. kondenzácia- zhutňovanie, kondenzácia) - prechod látky z plynného skupenstva (pary) do kvapalného alebo pevného skupenstva.
Je známe, že v prítomnosti vetra sa kvapalina vyparuje rýchlejšie. prečo? Faktom je, že súčasne s odparovaním z povrchu kvapaliny dochádza ku kondenzácii. Ku kondenzácii dochádza v dôsledku skutočnosti, že niektoré molekuly pary, ktoré sa náhodne pohybujú nad kvapalinou, sa do nej opäť vrátia. Vietor odnáša molekuly, ktoré vyletia z kvapaliny a nedovolí im vrátiť sa späť.
Ku kondenzácii môže dôjsť aj vtedy, keď para nie je v kontakte s kvapalinou. Práve kondenzácia vysvetľuje napríklad vznik oblakov: molekuly vodnej pary stúpajúce nad zemou, v chladnejších vrstvách atmosféry, sa zoskupujú do drobných kvapôčok vody, ktorých nahromadením sú oblaky. Kondenzácia vodnej pary v atmosfére má za následok aj dážď a rosu.
Počas vyparovania sa kvapalina ochladzuje a keď je chladnejšia ako prostredie, začína absorbovať svoju energiu. Pri kondenzácii sa naopak určité množstvo tepla uvoľňuje do okolia a jeho teplota mierne stúpa. Množstvo tepla uvoľneného pri kondenzácii jednotkovej hmoty sa rovná teplu vyparovania.
Odparovanie- proces prechodu látky z kvapalného do plynného skupenstva.
- K odparovaniu môže dôjsť priamo z pevného skupenstva – ide o tzv sublimácia(alebo sublimácia).
Súbor molekúl uvoľnených z látky sa nazýva tzv trajekt tejto látky.
Počas vaporizácie sa priemerné vzdialenosti medzi molekulami zväčšujú. V dôsledku toho sa zvyšuje potenciálna energia interakcie častíc (jej číselná hodnota klesá, ale je záporná). Proces odparovania je teda spojený so zvýšením vnútornej energie látky.
Prechod z kvapalného do plynného skupenstva je možný dvoma rôznymi procesmi: vyparovaním a varom.
Odparovanie- ide o odparovanie, ku ktorému dochádza z voľného povrchu kvapaliny pri akejkoľvek teplote.
Vlastnosti odparovania
Experimentálne boli stanovené nasledujúce vlastnosti odparovania:
- Za rovnakých podmienok sa rôzne látky odparujú rôznou rýchlosťou (rýchlosť vyparovania je určená počtom molekúl, ktoré prejdú do pary z povrchu látky za 1 s).
- Rýchlosť odparovania je vyššia:
- čím väčšia je voľná plocha povrchu kvapaliny;
- čím nižšia je hustota pár nad povrchom kvapaliny. Rýchlosť sa zvyšuje s pohybom okolitého vzduchu (vietor);
- čím vyššia je teplota kvapaliny.
- Keď dôjde k odparovaniu, telesná teplota sa zníži.
Mechanizmus vyparovania možno vysvetliť z pohľadu MKT: molekuly nachádzajúce sa na povrchu sú držané príťažlivými silami od iných molekúl látky. Molekula môže vyletieť z kvapaliny len vtedy, keď jej kinetická energia presiahne prácu, ktorú je potrebné vykonať na prekonanie síl molekulárnej príťažlivosti ( pracovná funkcia). Preto môžu látku opustiť iba rýchle molekuly. V dôsledku toho sa priemerná kinetická energia zostávajúcich molekúl znižuje a teplota kvapaliny klesá. Aby sa teplota vyparujúcej sa kvapaliny udržala nezmenená, musí sa jej dodať určité množstvo tepla.
Molekuly pary sa pohybujú chaoticky. Preto sa niektoré z nich môžu opäť vrátiť do kvapaliny. Proces prechodu látky z plynného do kvapalného skupenstva sa nazýva kondenzácia.
Čím väčšia je koncentrácia molekúl pary, a teda čím väčší je tlak pary nad kvapalinou, tým väčší je počet molekúl vracajúcich sa do kvapaliny za určité časové obdobie. Kondenzácia pary je sprevádzaná zahrievaním kvapaliny. Kondenzáciou sa uvoľňuje rovnaké množstvo tepla, aké sa spotrebovalo počas odparovania.
Varenie tekutín
Vriaci- ide o odparovanie, ktoré prebieha súčasne z povrchu aj v celom objeme kvapaliny. Spočíva v tom, že množstvo bublín sa vznáša a praská, čo spôsobuje charakteristické vrenie.
Ako ukazujú skúsenosti, var kvapaliny pri danom vonkajšom tlaku začína pri presne definovanej teplote, ktorá sa počas procesu varu nemení a môže nastať len vtedy, keď je energia dodávaná zvonku v dôsledku výmeny tepla (obr. 3). ):
\(~Q = L \cdot m,\)
Kde L- špecifické výparné teplo pri bode varu.
Mechanizmus varu: kvapalina vždy obsahuje rozpustený plyn, ktorého stupeň rozpustenia klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Okrem toho je na stenách nádoby adsorbovaný plyn. Pri zahrievaní kvapaliny zospodu (obr. 4) sa pri stenách nádoby začne uvoľňovať plyn vo forme bublín. Do týchto bublín sa odparí kvapalina. Preto obsahujú okrem vzduchu aj nasýtenú paru, ktorej tlak so zvyšujúcou sa teplotou rýchlo rastie a bubliny zväčšujú svoj objem a následne sa zväčšujú Archimedove sily, ktoré na ne pôsobia. Keď je vztlaková sila väčšia ako gravitácia bubliny, začne sa vznášať. Ale kým sa kvapalina rovnomerne nezahreje, pri stúpaní sa objem bubliny zmenšuje (tlak nasýtených pár s klesajúcou teplotou) a pred dosiahnutím voľného povrchu bubliny zmiznú (skolabujú) (obr. 4, a), čo preto pred varením počujeme charakteristický zvuk. Keď sa teplota kvapaliny vyrovná, objem bubliny sa bude zvyšovať, pretože tlak nasýtených pár sa nemení a vonkajší tlak na bublinu, ktorý je súčtom hydrostatického tlaku kvapaliny nad bublinou a atmosférický tlak klesá. Bublina sa dostane na voľný povrch kvapaliny, praskne a nasýtená para vychádza (obr. 4, b) - kvapalina vrie. Tlak nasýtených pár v bublinách je takmer rovnaký ako vonkajší tlak.
Teplota, pri ktorej sa tlak nasýtených pár kvapaliny rovná vonkajšiemu tlaku na jej voľnom povrchu, sa nazýva bod varu kvapaliny.
Pretože tlak nasýtených pár rastie so zvyšujúcou sa teplotou a počas varu sa musí rovnať vonkajšiemu tlaku, potom so zvyšujúcim sa vonkajším tlakom sa zvyšuje bod varu.
Teplota varu závisí aj od prítomnosti nečistôt, zvyčajne sa zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou nečistôt.
Ak kvapalinu najskôr oslobodíte od plynu v nej rozpusteného, potom sa môže prehriať, t.j. zahrievať nad bod varu. Toto je nestabilný stav kvapaliny. Stačia malé otrasy a tekutina vrie a jej teplota okamžite klesá k bodu varu.
pozri tiež
Literatúra
- Aksenovič L. A. Fyzika na strednej škole: teória. Úlohy. Testy: Učebnica. príspevok pre inštitúcie poskytujúce všeobecné vzdelávanie. prostredie, výchova / L. A. Aksenovič, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - S. 197-203.
- Žilko V.V. Fyzika: Učebnica. príspevok pre 11. triedu. všeobecné vzdelanie školy z ruštiny Jazyk školenie / V.V. Žilko, A. V. Lavrinenko, L.G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2002. - S. 194-203.
Všetky látky majú tri stavy agregácie - pevné, kvapalné a plynné, ktoré sa objavujú za špeciálnych podmienok.
Definícia 1
Fázový prechod je prechod látky z jedného skupenstva do druhého.
Príkladmi takéhoto procesu sú kondenzácia a odparovanie.
Ak vytvoríte určité podmienky, môžete premeniť akýkoľvek skutočný plyn (napríklad dusík, vodík, kyslík) na kvapalinu. Na to je potrebné znížiť teplotu pod určité minimum, ktoré sa nazýva kritická teplota. Označuje sa T až r. Takže pre dusík je hodnota tohto parametra 126 K, pre vodu - 647,3 K, pre kyslík - 154,3 K. Pri udržiavaní izbovej teploty môže voda udržiavať plynné aj kvapalné skupenstvo, zatiaľ čo dusík a kyslík môžu zostať iba plynné.
Definícia 2
Odparovanie- Ide o fázový prechod látky do plynného skupenstva z kvapaliny.
Molekulárna kinetická teória vysvetľuje tento proces postupným pohybom z povrchu kvapaliny tých molekúl, ktorých kinetická energia je väčšia ako energia ich spojenia so zvyškom molekúl kvapalnej látky. V dôsledku odparovania sa priemerná kinetická energia zostávajúcich molekúl znižuje, čo zase vedie k zníženiu teploty kvapaliny, ak do nej nie je dodávaný ďalší zdroj vonkajšej energie.
Definícia 3
Kondenzácia je fázový prechod látky z plynného do kvapalného skupenstva (proces opačný k vyparovaniu).
Počas kondenzácie sa molekuly pary vracajú späť do kvapalného stavu.
Obrázok 3. 4. 1. Model vyparovania a kondenzácie.
Ak je nádoba obsahujúca kvapalinu alebo plyn upchatá, potom môže byť jej obsah v dynamickej rovnováhe, t.j. rýchlosť procesov kondenzácie a odparovania bude rovnaká (z kvapaliny sa vyparí toľko molekúl, koľko sa z pary vráti späť). Tento systém sa nazýva dvojfázový.
Definícia 4
Nasýtená para je para, ktorá je v stave dynamickej rovnováhy so svojou kvapalinou.
Existuje vzťah medzi počtom molekúl odparujúcich sa z povrchu kvapaliny za jednu sekundu a teplotou tejto kvapaliny. Rýchlosť kondenzačného procesu závisí od koncentrácie molekúl pary a rýchlosti ich tepelného pohybu, ktorá je zasa priamo závislá od teploty. Preto môžeme konštatovať, že keď sú kvapalina a jej para v rovnováhe, koncentrácia molekúl bude určená rovnovážnou teplotou. Keď teplota stúpa, je potrebná vysoká koncentrácia molekúl pary, aby sa rýchlosť odparovania a kondenzácie vyrovnala.
Keďže, ako sme už zistili, koncentrácia a teplota určujú tlak pary (plynu), môžeme sformulovať nasledujúce tvrdenie:
Definícia 5
Tlak nasýtených pár p 0 určitej látky nezávisí od objemu, ale je priamo závislý od teploty.
Z tohto dôvodu izotermy skutočných plynov v rovine zahŕňajú horizontálne fragmenty, ktoré zodpovedajú dvojfázovému systému.
Obrázok 3. 4. 2. Izotermy skutočného plynu. Oblasť I je kvapalina, oblasť I I je dvojfázový systém „kvapalina + nasýtená para“, oblasť I I I je plynná látka. K – kritický bod.
Ak teplota stúpne, zvýši sa tlak nasýtenej pary aj jej hustota, ale naopak, hustota kvapaliny sa v dôsledku tepelnej rozťažnosti zníži. Po dosiahnutí kritickej teploty pre danú látku sa hustoty kvapaliny a plynu vyrovnajú, po prekročení tohto bodu sa fyzikálne rozdiely medzi nasýtenou parou a kvapalinou stratia.
Zoberme nasýtenú paru a stlačme ju izotermicky pri T< T к р. Его давление будет постепенно возрастать, пока не сравняется с давлением насыщенного пара. Постепенно на дне сосуда появится жидкость, и между ней и ее насыщенным паром возникнет динамическое равновесие. По мере уменьшения объема будет происходить конденсация все большей части пара при неизменном давлении (на изотерме это состояние соответствует горизонтальному участку). После того, как весь пар перейдет в жидкое состояние, давление начнет резко увеличиваться при дальнейшем уменьшении объема, поскольку жидкость сжимается слабо.
Na prechod z plynu na kvapalinu nie je potrebné prejsť cez dvojfázovú oblasť. Proces môže byť tiež uskutočnený obídením kritického bodu. Na obrázku je táto možnosť znázornená prerušovanou čiarou A B C.
Obrázok 3. 4. 3. Izotermický model skutočného plynu.
Vzduch, ktorý dýchame, vždy obsahuje vodnú paru pod určitým tlakom. Tento tlak je zvyčajne nižší ako tlak nasýtených pár.
Definícia 6
Relatívna vlhkosť je pomer parciálneho tlaku k tlaku nasýtenej vodnej pary.
Dá sa to napísať ako vzorec:
φ = p p 0 · 100 % .
Na opísanie nenasýtenej pary je tiež prípustné použiť stavovú rovnicu ideálneho plynu, berúc do úvahy obvyklé obmedzenia pre skutočný plyn: nie príliš vysoký tlak pár (p ≤ (10 6 - 10 7) Pa) a teplota vyššia ako hodnota určená pre každú konkrétnu látku.
Na opis nasýtenej pary platia zákony ideálneho plynu. Tlak pre každú teplotu sa však musí určiť z rovnovážnej krivky pre danú látku.
Čím vyššia je teplota, tým vyšší je tlak nasýtených pár. Túto závislosť nemožno odvodiť zo zákonov ideálneho plynu. Za predpokladu konštantnej koncentrácie molekúl sa bude tlak plynu neustále zvyšovať priamo úmerne s teplotou. Ak je para nasýtená, potom so zvyšujúcou sa teplotou bude rásť nielen koncentrácia, ale aj priemerná kinetická energia molekúl. Z toho vyplýva, že čím vyššia je teplota, tým rýchlejšie rastie tlak nasýtených pár. Tento proces prebieha rýchlejšie ako zvýšenie tlaku ideálneho plynu za predpokladu, že koncentrácia molekúl v ňom zostáva konštantná.
Čo sa varí
Vyššie sme naznačili, že k odparovaniu dochádza najmä z povrchu, ale môže k nemu dôjsť aj z hlavného objemu kvapaliny. Akákoľvek kvapalná látka obsahuje malé bublinky plynu. Ak sa vonkajší tlak (t. j. tlak plynu v nich) vyrovná tlaku nasýtenej pary, potom sa kvapalina vo vnútri bublín vyparí a začnú sa napĺňať parou, expandovať a plávať na povrch. Tento proces sa nazýva varenie. Bod varu teda závisí od vonkajšieho tlaku.
Definícia 7
Kvapalina začína vrieť pri teplote, pri ktorej je vonkajší tlak a tlak jej nasýtených pár rovnaký.
Ak je atmosférický tlak normálny, potom je na varenie vody potrebná teplota 100 ° C. Pri tejto teplote bude tlak nasýtenej vodnej pary rovný 1 a t m. Ak vodu prevaríme v horách, potom v dôsledku tzv. pokles atmosférického tlaku, teplota varu klesne na 70 °C.
Tekutina môže vrieť iba v otvorenej nádobe. Ak je hermeticky uzavretá, naruší sa rovnováha medzi kvapalinou a jej nasýtenou parou. Bod varu pri rôznych tlakoch zistíte pomocou rovnovážnej krivky.
Na obrázku vyššie sú znázornené procesy fázových prechodov - kondenzácia a vyparovanie pomocou izotermy reálneho plynu. Tento diagram je neúplný, pretože látka môže nadobudnúť aj pevné skupenstvo. Dosiahnutie termodynamickej rovnováhy medzi fázami látky pri danej teplote je možné len pri určitom tlaku v systéme.
Definícia 8
Krivka fázovej rovnováhy je vzťah medzi rovnovážnym tlakom a teplotou.
Príkladom takéhoto vzťahu môže byť rovnovážna krivka medzi kvapalinou a nasýtenou parou. Ak zostrojíme krivky, ktoré v rovine zobrazujú rovnováhu medzi fázami jednej látky, tak uvidíme určité oblasti, ktoré zodpovedajú rôznym agregovaným stavom látky – kvapalné, tuhé, plynné. Krivky vykreslené v súradnicovom systéme sa nazývajú fázové diagramy.
Obrázok 3. 4. 4. Typický fázový diagram látky. K – kritický bod, T – trojitý bod. Oblasť I je tuhá látka, oblasť I I je kvapalina, oblasť I I I je plynná látka.
Rovnováhu medzi plynnou a pevnou fázou látky odráža takzvaná sublimačná krivka (na obrázku je označená ako 0 T), medzi parou a kvapalinou krivka vyparovania, ktorá končí v kritickom bode. Rovnovážna krivka medzi kvapalinou a pevnou látkou sa nazýva krivka topenia.
Definícia 9
Trojitý bod– je to bod, v ktorom sa zbiehajú všetky rovnovážne krivky, t.j. Všetky fázy hmoty sú možné.
Mnohé látky dosahujú trojitý bod pri tlaku menšom ako 1 a t m ≈ 10 5 Pa. Pri zahrievaní pri atmosférickom tlaku sa topia. Takže pri vode má trojitý bod súradnice T t r = 273,16 K, p t r = 6,02 10 2 P a. Práve na tom je založená Kelvinova stupnica absolútnej teploty.
Pri niektorých látkach sa trojitý bod dosahuje pri tlakoch nad 1 a t m.
Príklad 1
Napríklad oxid uhličitý vyžaduje tlak 5,11 a t m a teplotu T tr = 216,5 K. Ak sa tlak rovná atmosférickému, potom na jeho udržanie v pevnom stave je potrebná nízka teplota a prechod do kvapalného stavu sa stáva nemožným. Oxid uhličitý v rovnováhe so svojimi parami pri atmosférickom tlaku sa nazýva suchý ľad. Táto látka nie je schopná topiť, ale môže sa iba odparovať (sublimovať).
Ak si všimnete chybu v texte, zvýraznite ju a stlačte Ctrl+Enter
