Испарение и конденсация — справочник студента

Подробности Категория: Молекулярно-кинетическая теория Опубликовано 09.11.2014 21:08 Просмотров: 14292

В жидком состоянии вещество может существовать в определённом интервале температур. При температуре, меньшей нижнего значения этого интервала, жидкость превращается в твёрдое вещество. А если значение температуры превысит верхнюю границу интервала, жидкость переходит в газообразное состояние.

Всё это мы можем наблюдать на примере воды. В жидком состоянии мы видим её в реках, озёрах, морях, океанах, водопроводном кране. Твёрдое состояние воды — лёд. В него она превращается, когда при нормальном атмосферном давлении её температура снижается до 0оС. А при повышении температуры до 100оС вода закипает и превращается в пар, который является её газообразным состоянием.

Процесс превращения вещества в пар называют парообразованием. Обратный процесс перехода из пара в жидкость — конденсация.

Парообразование происходит в двух случаях: при испарении и при кипении.

Испарение

Испарением называют фазовый процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное или парообразное, происходящий на поверхности жидкости.

Как и при плавлении, при испарении веществом поглощается теплота. Она затрачивается на преодоление сил сцепления частиц (молекул или атомов) жидкости.

Кинетическая энергия молекул, обладающих самой высокой скоростью, превышает их потенциальную энергию взаимодействия с другими молекулами жидкости. Благодаря этому они преодолевают притяжение соседних частиц и вылетают с поверхности жидкости.

Средняя энергия оставшихся частиц становится меньше, и жидкость постепенно остывает, если её не подогревать извне.

Так как частицы находятся в движении при любой температуре, то и испарение также происходит при любой температуре. Мы знаем, что лужи после дождя высыхают даже в холодную погоду.

Но скорость испарения зависит от многих факторов. Один из важнейших — температура вещества. Чем она выше, тем больше скорость движения частиц и их энергия, и тем большее их количество покидает жидкость в единицу времени.

Лужи после дождя летом также высыхают гораздо быстрее, чем весной или осенью. В сильную жару происходит быстрое испарение воды с поверхностей водоёмов. Высыхают пруды, озёра, пересыхают русла неглубоких рек.

Чем выше температура окружающей среды, тем выше скорость испарения.

При одинаковом объёме жидкость, находящаяся в широкой тарелке, испарится гораздо быстрее жидкости, налитой в стакан. Это означает, что скорость испарения зависит от площади поверхности испарения. Чем больше эта площадь, тем большее количество молекул вылетает из жидкости в единицу времени.

При одинаковых внешних условиях скорость испарения зависит от рода вещества. Заполним стеклянные колбы одинаковым объёмом воды и спирта. Через некоторое время увидим, что спирта осталось меньше, чем воды. Он испаряется с большей скоростью. Так происходит, потому что молекулы спирта слабее взаимодействуют друг с другом, чем молекулы воды.

Влияет на скорость испарения и наличие ветра. Мы знаем, что вещи после стирки гораздо быстрее высыхают, когда их обдувает ветер. Струя горячего воздуха в фене способна быстро высушить наши волосы.

Ветер уносит молекулы, вылетевшие из жидкости, и обратно они уже не возвращаются. Их место занимают новые молекулы, покидающие жидкость. Поэтому в самой жидкости их становится меньше. Следовательно, она испаряется быстрее.

Сублимация

Испарение происходит и в твёрдых телах. Мы видим, как постепенно высыхает на морозе замёрзшее, покрытое льдом бельё. Лёд превращается в пар. Мы ощущаем резкий запах, образующийся при испарении твёрдого вещества нафталина.

Некоторые вещества вообще не имеют жидкой фазы.

К примеру, элементарный иод I2 — простое вещество, представляющее собой кристаллы чёрно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском, при нормальных условиях сразу же превращается в газообразный иод — фиолетовые пары с резким запахом. Тот жидкий йод, который мы покупаем в аптеках, — это не жидкое его состояние, а раствор йода в спирте.

Процесс перехода твёрдых тел в газообразное состояние, минуя жидкую стадию, называют сублимацией, или возгонкой.

Кипение

Кипение — это тоже процесс перехода жидкости в пар. Но парообразование при кипении происходит не только на поверхности жидкости, но и по всему её объёму. Причём процесс этот проходит гораздо интенсивнее, чем при испарении.

Поставим на огонь чайник с водой. Так как в воде всегда есть растворённый в ней воздух, то при нагревании на дне чайника и на его стенках появляются пузырьки. Эти пузырьки содержат воздух и насыщенный водяной пар. Сначала они появляются на стенках чайника.

Количество пара в них увеличивается, увеличиваются в размерах и они сами. Затем под воздействием выталкивающей силы Архимеда они будут отрываться от стенок, подниматься вверх и лопаться на поверхности воды.

Когда температура воды достигнет 100оС, пузырьки будут образовываться уже по всему объёму воды.

Испарение происходит при любой температуре, а кипение — только при определённой температуре, которая называется температурой кипения.

Каждое вещество имеет свою температуру кипения. Она зависит от величины давления.

При нормальном атмосферном давлении вода закипает при температуре 100оС, спирт — при 78 оС, железо — при 2750 оС. А температура кипения кислорода — минус 183 оС.

При уменьшении давления температура кипения снижается. В горах, где атмосферное давление ниже, вода закипает при температуре менее 100 оС. И чем выше над уровнем моря, тем меньшей будет температура кипения. А в кастрюле-скороварке, где создаётся повышенное давление, вода закипает при температуре выше 100 оС.

Насыщенный и ненасыщенный пар

Если вещество может одновременно существовать в жидкой (или твёрдой) фазе и газообразной, то его газообразное состояние называют паром. Пар образуют молекулы, вылетевшие при испарении из жидкости или твёрдого вещества.

Нальём жидкость в сосуд и плотно закроем его крышкой. Через некоторое время количество жидкости уменьшится из-за её испарения. Молекулы, покидающие жидкость, будут концентрироваться над её поверхностью в виде пара. Но когда плотность пара станет довольно высокой, некоторые из них начнут снова возвращаться в жидкость.

И таких молекул будет всё больше и больше. Наконец, настанет такой момент, когда число молекул, вылетающих из жидкости, и число молекул, возвращающихся в неё, сравняется. В этом случае говорят, что жидкость находится в динамическом равновесии со своим паром.

А такой пар называется насыщенным.

Если при парообразовании из жидкости вылетает больше молекул, чем возвращается, то такой пар будет  ненасыщенным. Ненасыщенный пар образуется, когда испаряющаяся жидкость находится в открытом сосуде. Покидающие её молекулы рассеиваются в пространстве. Возвращаются в жидкость далеко не все из них.

Конденсация пара

Обратный переход вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией. При конденсации часть молекул пара возвращается в жидкость.

Пар начинает превращаться в жидкость (конденсироваться) при определённом сочетании температуры и давления. Такое сочетание называется критической точкой. Максимальная температура, ниже которой начинается конденсация, называется критической температурой. При температуре выше критической газ никогда не превратится в жидкость.

В критической точке граница раздела фазовых состояний жидкость-пар размывается. Исчезает поверхностное натяжение жидкости, выравниваются плотности жидкости и её насыщенного пара.

При динамическом равновесии, когда число молекул, покидающих жидкость и возвращающихся в неё равно, процессы испарения и конденсации уравновешены.

При испарении воды её молекулы образуют водяной пар, который смешивается с воздухом или другим газом. Температура, при которой такой пар в воздухе становится насыщенным, начинает конденсироваться при охлаждении и превращается в капельки воды, называется точкой росы.

• 
• Когда в воздухе находится большое количество водяного пара, говорят, что его влажность повышена.
• 

В природе испарение и конденсацию мы наблюдаем очень часто. Утренний туман, облака, дождь — всё это результат этих явлений. С земной поверхности при нагревании испаряется влага. Молекулы образовавшегося пара поднимаются вверх.

Встречая на своём пути прохладные листики или травинки, пар конденсируется на них в виде капелек росы. Чуть выше, в приземных слоях, он становится туманом. А высоко в атмосфере при низкой температуре остывший пар превращается в облака, состоящие из капелек воды или кристалликов льда.

Впоследствии из этих облаков на землю прольётся дождь или выпадет град.

Но капельки воды при конденсации образуются лишь в том случае, когда в воздухе находятся мельчайшие твёрдые или жидкие частицы, которые называют ядрами конденсации. Ими могут быть продукты горения, распыления, частицы пыли, морской соли над океаном, частицы, образовавшиеся в результате химических реакций в атмосфере и др.

Десублимация

Иногда вещество может перейти из газообразного состояния сразу в твёрдое, минуя жидкую стадию. Такой процесс называется десублимацией.

Ледяные узоры, которые появляются на стёклах в мороз, и есть пример десублимации. При заморозках почва покрывается инеем — тонкими кристалликами льда, в которые превратились водяные пары из воздуха.

Источник: http://ency.info/materiya-i-dvigenie/molekulyarno-kineticheskaya-teoriya/357-isparenie

Испарение и конденсация. Насыщенны и ненасыщенный пар. Кипение. Влажность

ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ.
Парообразование — процесс превращения жидкости в пар. Конденсация — процесс превращения пара в жидкость. ИСПАРЕНИЕ — процесс парообразования с поверхности жидкости или твердого тела. Заключается в вылетании частиц (молекул, атомов),  которых превышает потенциальную энергию их связи с остальными частицами вещества. Скорость испарения зависит от: площади поверхности жидкости. температуры (увеличивается), хотя происходит при любой температуре и не требует постоянного притока тепла. Температура жидкости уменьшается. движения молекул над поверхностью жидкости или газа, рода вещества.
НАСЫЩЕННЫЙ И НЕНАСЫЩЕННЫЙ ПАР.
Вещество в газообразном состоянии, находящееся в динамическом равновесии со своей жидкостью, наз. насыщенным паром. Динамическое равновесие заключается в том, что процессы испарения и конденсации уравновешены. Давление насыщенного пара в зависимости от температуры (кривая  а) растет быстрее, чем идеального газа (график b), т.к. с ростом температуры увеличивается концентрация, а p=nkT.
Основное свойство насыщенного пара — давление пара при постоянной температуре не зависит от объема (см. изотерму). Участок ВС соответствует насыщенному пару.
КИПЕНИЕ
КИПЕНИЕ— процесс активного парообразования во всем объеме жидкости. Сопровождается образованием и ростом пузырьков пара внутри жидкости. Пузырьки образуются около центров парообразования (примеси, микротрещины). Кипение происходит: 1. во всем объеме, 2. при постоянной температуре (температура кипения). Поэтому требует постоянного притока тепла. Температура кипения определяется 1. свойствами жидкости (таблица т-р кипения). 2. внешними условиями (давлением). Условие роста пузырьков: pпара>pатм+rgh — следовательно, с понижением атм. давлениятемп-ра кипения понижается. Условие подъема пузырька: FАрх ? mg.
ВЛАЖНОСТЬ.
ВЛАЖНОСТЬ. ВОЗДУХА — величина, характеризующая содержание водяных паров в воздухе. АБСОЛЮТНУЮ влажность измеряют плотностью водяного пара в воздухе (r, ,) или его парциальным давлением p (Па). ОТНОСИТЕЛЬНАЯ влажность показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность от необходимой для насыщения воздуха при данной температуре:.
Температура, при которой воздух в процессе своего охлаждения становится насыщенным водяными парами, наз. точкой росы  (см. рис.).
Приборы для измерения влажности: волосной гигрометр, жидкостный (конденсационный) гигрометр, гигрометр психрометрический (психрометр).

Источник: https://www.eduspb.com/node/1751

2.1.15 Изменение агрегатных состояний вещества: испарение и конденсация, кипение жидкости

Видеоурок 1: Испарение и конденсация.

Насыщенный пар и его свойства  

• Видеоурок 2:  Кипение жидкости
• Лекция:  Изменение агрегатных состояний вещества: испарение и конденсация, кипение жидкости
• Процесс перехода жидкости в пар может происходить двумя способами — благодаря кипению или же испарению.

Испарение и конденсация

Процесс испарения происходит благодаря молекулам с большой кинетической энергией, которая позволяет им отрываться с поверхности жидкости. 

В зависимости от некоторых условий, скорость испарения может изменяться. Испарение зависит от:

• размеров поверхности жидкости;
• от типа жидкости;
• от температуры;
• от давления;
• от содержания пара над жидкостью.

Когда молекулы над жидкостью расходуют свою энергию, они частично возвращаются обратно, данный процесс называется конденсацией.

Эти два взаимообратных процесса являются помощниками круговорота в природе. Сначала жидкость испаряется, а потом возвращается на Землю в виде облаков, дождя и росы.

Испарение позволяет уменьшить температуру того объекта, откуда улетают молекулы. Это происходит благодаря уменьшению энергии, что приводит к замедлению структурных единиц, что в свою очередь влияет на температуру.

Кипение

Кипение — это процесс парообразования со всего объема жидкости. 

Он возможен только в том случае, когда в жидкости имеется газ, проникший в нее с помощью диффузии. При повышении температуры жидкости, пузырьки газа начинают увеличивать.

Это можно наблюдать на протяжении всего процесса нагревания и кипения. С повышением температуры и давления, пузырьки начинают всплывать на поверхность благодаря силе Архимеда.

Когда попадают на границу раздела сред, они начинают лопаться. Именно этот звук мы слышим, когда жидкость кипит.

Вокруг этих пузырьков находится насыщенный пар, который благодаря кипению, попадает в воздух в момент разрыва шариков воздуха. Температура каждой жидкости индивидуальна. Более того, она меняется в результате изменения давления.

При давлении в 1 атм (105 Па), температура кипения воды 100 градусов.

При давлении в половину меньшем вода закипит при температуре 80 градусов, если же давление увеличить до 15 атм, то температура кипения жидкости будет равна 200 градусам.

Чтобы жидкость кипела, необходимо постоянная передача тепла. Если температуру жидкости поддерживать в районе 100 градусов при нормальном давлении, то процесс кипения будет продолжаться до тех пор, пока жидкость вся не испариться.

Обратите внимание: Вода в жидком состоянии при нормальных условиях не может нагреться до температуры больше 100 градусов.

Диаграмма кипения воды

До момента кипения, жидкости необходимо передать количество теплоты, которое можно рассчитать по формуле:

Когда жидкость нагрели до температуры 100 градусов, она начинает переходить в пар в результате кипения. Для испарения некоторой массы жидкости необходимо передать ей следующее количество теплоты:

Если количества теплоты недостаточно, то в пар превратиться не вся жидкость.

Этой же формулой можно воспользоваться и для расчета энергии, которую отдает пар во время конденсации. То есть можно сделать вывод, что во время осадков и образования росы температура воздуха увеличивается при отсутствии циклонов.

Предыдущий урок

Следующий урок

Источник: https://cknow.ru/knowbase/133-tema-2115-izmenenie-agregatnyh-sostoyaniy-veschestva-isparenie-i-kondensaciya-kipenie-zhidkosti.html

Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха

В природе все реальные газы (кислород, азот, водород и т. д.) при определенных условиях способны превращаться в жидкость. Однако превращение газа в жидкость может происходить только при температурах ниже определенной, так называемой критической температуры. При комнатной температуре (20 — 250С) вода может находиться и в жидком, и в газообразном состояниях, а азот и кислород существуют только в виде газов.Парообразование — процесс превращения жидкости в пар.

Испарение — процесс парообразования с поверхности жидкости или твердого тела. Заключается он в вылетании частиц (молекул, атомов), кинетическая энергия  которых превышает потенциальную энергию их связи с остальными частицами вещества. Испарение происходит при любой температуре и не требует постоянного притока тепла. Скорость испарения зависит от:

1. площади поверхности жидкости;
2. температуры;
3. движения молекул над поверхностью жидкости или газа;
4. рода вещества.

Может случиться, что через некоторое время молекула пара вернётся обратно в жидкость. Процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое состояние называется конденсацией. Конденсация пара — процесс, обратный испарению жидкости.

Над свободной поверхностью жидкости всегда имеются пары этой жидкости. Если сосуд с жидкостью не закрыт, то всегда найдутся молекулы пара, которые удаляются от поверхности жидкости и не могут вернуться назад в жидкость.

 Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Пар, на­ходящийся при давлении ниже насыщенного, назы­ваютненасыщенным.

Вследствие постоянного испарения воды с по­верхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар.

Поэтому атмосфер­ное давление представляет собой сумму давления су­хого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром.

Насыщенный пар в отли­чие от ненасыщенного не подчиняется законам иде­ального газа. Так, давление насыщенного пара не за­висит от объема, но зависит от температуры. 

Под влажностью воздуха понимается содержание водяных паров в воздухе. (За год на Земле испаряется 4,25∙1014т Н20)

1. Абсолютную влажность измеряют как плотность водяного пара, выраженную в ки­лограммах на метр кубический (ρ).

2. Большинство явлений, наблюдаемых в приро­де, например быстрота испарения, высыхание раз­личных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, на­сколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

Относительная влажность показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность от необходимой для насыщения воздуха при данной температуре:

3. Температура, при которой воздух в процессе своего охлаждения становится насыщенным водяными парами, наз. точкой росы.  При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяного пара. Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются гигрометрами и психрометрами.

 Психрометр состоит из двух термометров — сухого и влажного. Влажный термометр показывает температуру ниже, чем сухой, так как его резервуар обмотан тканью, смоченной в воде, которая, испаряясь, охлаждает его. Интенсивность испарения зависит от относительной влажности воздуха.

По показаниям сухого и влажного термометров находят относительную влажность воздуха по психрометрическим таблицам.

Гигрометр

Гигрометр — от греч.Hygros -влажный.

Психрометр

Психрометр — от греч. Psychros — холодный + Metreo — измеряю

Относительная влажность воздуха — важный экологический показатель среды. При слишком низкой или слишком высокой влажности наблюдается быстрая утомляемость человека, ухудшение восприятия и памяти. Оптимальная влажность в квартире по ГОСТу должна быть равной 30–45%, не превышая отметки в 60%.

Влажность учитывается в метеорологии, при хранении продуктов и материалов, в хранении произведений искусств и т.д.

Источник: http://kaplio.ru/1184-2/

Испарение и конденсация воды. Несколько практических советов

Вода – одно из самых распространенных и вместе с тем самое удивительное вещество на Земле. Вода находится повсюду: и вокруг нас, и внутри нас. Мировой океан, состоящий из воды, покрывает ¾ поверхности земного шара. Любой живой организм, будь то растение, животное или человек, содержит воду. Человек более чем на 70% состоит из воды. Именно вода – одна из главнейших причин возникновения жизни на Земле. Как и любое вещество, вода может находиться в различных состояниях или, как говорят физики, ‑ агрегатных состояниях вещества: твердом, жидком и газообразном. При этом постоянно происходят переходы из одного состояния в другое – так называемые фазовые переходы. Одним из таких переходов является испарение, обратный процесс называется конденсацией. Давайте попробуем разобраться, как можно использовать это физическое явление, и что нужно знать об этом.

В процессе испарения вода переходит из жидкого состояния в газообразное, при этом образуется водяной пар. Это происходит при любой температуре, когда вода находится в жидком состоянии (00 – 1000С).

Однако скорость испарения не всегда одинаковая и зависит от ряда факторов: от температуры воды, от площади поверхности воды, от влажности воздуха и от наличия ветра. Чем выше температура воды, тем быстрее двигаются ее молекулы и тем интенсивнее происходит испарение.

Чем больше площадь поверхности воды, а испарение происходит исключительно на поверхности, тем больше молекул воды смогут перейти из жидкого состояния в газообразное, что увеличит скорость испарения. Чем больше содержание водяных паров в воздухе, то есть чем выше влажность воздуха, тем менее интенсивно происходит испарение.

Кроме того, чем больше скорость удаления молекул водяного пара от поверхности воды, то есть чем больше скорость ветра, тем больше скорость испарения воды. Также следует отметить, что в процессе испарения воду покидают самые быстрые молекулы, поэтому средняя скорость молекул, а, значит, и температура воды уменьшаются.

Учитывая описанные закономерности, важно обратить внимание на следующее. Очень горячий чай пить не безвредно. Однако чтобы его заварить, требуется вода с температурой, близкой к температуре кипения (1000С).

При этом вода активно испаряется: над чашкой с чаем хорошо видны поднимающиеся струйки водяного пара. Чтобы быстро охладить чай и сделать чаепитие комфортным, нужно увеличить скорость испарения, и охлаждение чая произойдет существенно быстрее.

Первый способ известен всем с детства: если подуть на чай и тем самым удалить молекулы водяного пара и нагретый воздух от поверхности, то скорость испарения и теплопередачи увеличится, и чай быстрее остынет.

Второй способ часто использовали в старину: переливали чай из чашки в блюдце и тем самым увеличивали площадь поверхности в несколько раз, пропорционально увеличивая скорость испарения и теплопередачи, благодаря чему чай быстро остывал до комфортной температуры.

Охлаждение воды при испарении хорошо ощущается, когда летом выходишь из открытого водоема после купания. С влажной кожей находиться прохладнее.

Поэтому чтобы не переохладиться и не заболеть, нужно обтереться полотенцем, тем самым остановить охлаждение, вызванное испарением воды.

При конденсации вода из газообразного состояния переходит в жидкое с выделением тепловой энергии. Это важно помнить, находясь вблизи кипящего чайника.

Струя водяного пара, выходящая из его носика, имеет высокую температуру (около 1000С).

Кроме того, соприкасаясь с кожей человека, водяной пар конденсируется, тем самым увеличивая неблагоприятное термическое воздействие, что может привести к болезненным ожогам.

Также полезно знать, что в воздухе всегда содержится какое-то количество водяных паров. И чем выше температура воздуха, тем больше водяных паров может быть в атмосфере. Поэтому летом при заметном понижении температуры в ночное время часть водяных паров конденсируется и выпадает в виде росы.

Если утром пройти босиком по траве, то она будет влажной и холодной на ощупь, так как уже активно испаряется благодаря утреннему солнцу.

Похожая ситуация происходит, если зимой войти с улицы в теплое помещение в очках, ‑ очки будут запотевать, так как водяные пары, находящиеся в воздухе, будут конденсироваться на холодной поверхности стекол.

Чтобы это предотвратить, можно воспользоваться обычным мылом и нанести на стеклах сетку с шагом около 1 см, а затем растереть мыло мягкой тканью, не спеша и не сильно нажимая. Стекла очков покроются тонкой невидимой пленкой и не будут запотевать.

Водяной пар, находящийся в воздухе, можно с большой точностью считать идеальным газом и рассчитывать параметры его состояния при помощи уравнения Менделеева-Клапейрона.

Предположим, что температура воздуха днем при нормальном атмосферном давлении составляет 300С, а влажность воздуха 50%. Найдем, до какой температуры должен охладиться воздух ночью, чтобы выпала роса.

При этом будем считать, что содержание (плотность) водяных паров в воздухе не изменялось.

Плотность насыщенного водяного пара при 300С равна 30,4 г/м3 (табличное значение). Так как влажность воздуха 50%, то плотность водяных паров составляет 0,5·30,4 г/м3 = 15,2 г/м3.

Роса выпадет, если при некоторой температуре эта плотность будет равна плотности насыщенного водяного пара. Согласно табличным данным это наступит при температуре примерно 180С.

То есть, если ночью температура воздуха опустится ниже 180С, то выпадет роса.

По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:

Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

Источник: http://life.mosmetod.ru/index.php/item/isparenie-i-kondensaciya-vody-neskolko-prakticheskih-sovetov

Испарение, конденсация, кипение. Насыщенные и ненасыщенные пары

У всех веществ есть три агрегатных состояния – твердое, жидкое и газообразное, которые проявляются при особых условиях.

Определение 1

Фазовый переход – это переход вещества от одного состояния к другому.

Примерами такого процесса являются конденсация и испарение.

Если создать определенные условия, можно превратить любой реальный газ (например, азот, водород, кислород) в жидкость. Для этого необходимо понижение температуры ниже некоторого минимума, называемого критической температурой.

Она обозначается Tкр. Так, для азота значение этого параметра равно 126 К, для воды – 647,3 К, для кислорода – 154,3 К.

При поддержании комнатной температуры вода может сохранять как газообразное, так и жидкое состояние, а азот и кислород – только газообразное.

Определение 2

Испарение – это фазовый переход вещества в газообразное состояние из жидкого.

Молекулярно-кинетическая теория объясняет этот процесс постепенным перемещением с поверхности жидкости тех молекул, чья кинетическая энергия больше, чем энергия их связи с остальными молекулами жидкого вещества.

Вследствие испарения средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается, что, в свою очередь, приводит к снижению температуры жидкости, если к ней не подведен дополнительный источник внешней энергии.

Определение 3

Конденсация – это фазовый переход вещества из газообразного состояния в жидкое (процесс, обратный испарению).

Во время конденсации молекулы пара возвращаются обратно в жидкое состояние.

Рисунок 3.4.1. Модель испарения и конденсации.

Динамическое равновесие

Если сосуд, в котором находится жидкость или газ, закупорен, то в таком случае его содержимое может находиться в динамическом равновесии, т.е. скорость процессов конденсации и испарения будет одинаковой (из жидкости будет испаряться столько молекул, сколько возвращается обратно из пара). Такая система получила название двухфазной.

Определение 4

Насыщенный пар – это пар, который находится со своей жидкостью в состоянии динамического равновесия.

Существует зависимость между количеством молекул, испаряющихся с поверхности жидкости в течение одной секунды, и температурой этой жидкости.

Скорость процесса конденсации зависит от концентрации молекул пара и скорости их теплового движения, которая, в свою очередь, также находится в прямой зависимости от температуры.

Поскольку, как мы уже выяснили, концентрация и температура будут определять давление пара (газа), мы можем сформулировать следующее утверждение:

Определение 5

Давление насыщенного пара p0 определенного вещества не зависит от объема, но находится в прямой зависимости от температуры.

Именно по этой причине изотермы реальных газов на плоскости включают в себя горизонтальные фрагменты, которые соответствуют двухфазной системе.

Рисунок 3.4.2. Изотермы реального газа. Область I – жидкость, область II – двухфазная система «жидкость + насыщенный пар», область III – газообразное вещество. K – критическая точка.

Если температура будет расти, увеличатся и давление насыщенного пара, и его плотность, а вот плотность жидкости, наоборот, будет снижаться из-за теплового расширения. При достижении критической для данного вещества температуры плотность жидкости и газа уравниваются, после прохождения этой точки физические различия между насыщенным паром и жидкостью исчезают.

Возьмем насыщенный пар и будем сжимать его изотермически при T

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/molekuljarno-kineticheskaja-teorija/isparenie-kondensatsija-kipenie/

Испарение, конденсация, кипение. Насыщенные и ненасыщенные пары

Любое вещество при определенных условиях может находиться в различных агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. Переход из одного состояния в другое называется фазовым переходом. Испарение и конденсация являются примерами фазовых переходов.

Все реальные газы (кислород, азот, водород и т. д.) при определенных условиях способны превращаться в жидкость.

Однако такое превращение может происходить только при температурах ниже определенной, так называемой критической температуры Tкр. Например, для воды критическая температура равна 647,3 К, для азота 126 К, для кислорода 154,3 К.

При комнатной температуре (≈ 300 К) вода может находиться и в жидком, и в газообразном состояниях, а азот и кислород существуют только в виде газов.

Испарением называется фазовый переход из жидкого состояния в газообразное.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории, испарение – это процесс, при котором с поверхности жидкости вылетают наиболее быстрые молекулы, кинетическая энергия которых превышает энергию их связи с остальными молекулами жидкости.

Это приводит к уменьшению средней кинетической энергии оставшихся молекул, т. е. к охлаждению жидкости (если нет подвода энергии от окружающих тел).

Конденсация – это процесс, обратный процессу испарения. При конденсации молекулы пара возвращаются в жидкость.

Модель. Испарение и конденсация.

В закрытом сосуде жидкость и ее пар могут находиться в состоянии динамического равновесия, когда число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся в жидкость из пара, т. е. когда скорости процессов испарения и конденсации одинаковы. Такую систему называют двухфазной. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Число молекул, вылетающих с единицы площади поверхности жидкости за одну секунду, зависит от температуры жидкости. Число молекул, возвращающихся из пара в жидкость, зависит от концентрации молекул пара и от средней скорости их теплового движения, которая определяется температурой пара.

Отсюда следует, что для данного вещества концентрация молекул пара при равновесии жидкости и ее пара определяется их равновесной температурой. Установление динамического равновесия между процессами испарения и конденсации при повышении температуры происходит при более высоких концентрациях молекул пара.

Так как давление газа (пара) определяется его концентрацией и температурой, то можно сделать вывод: давление насыщенного пара p данного вещества зависит только от его температуры и не зависит от объема.

Поэтому изотермы реальных газов на плоскости (p, V) содержат горизонтальные участки, соответствующие двухфазной системе (рис. 3.4.1).

Рисунок 3.4.1.Изотермы реального газа. Область I – жидкость, область II – двухфазная система «жидкость + насыщенный пар», область III – газообразное вещество. K – критическая точка

При повышении температуры давление насыщенного пара и его плотность возрастают, а плотность жидкости уменьшается из-за теплового расширения. При температуре, равной критической температуре Tкр для данного вещества, плотности пара и жидкости становятся одинаковыми. При T > Tкр исчезают физические различия между жидкостью и ее насыщенным паром.

Если изотермически сжимать ненасыщенный пар при T 

Источник: https://questions-physics.ru/molekulyarnaya-fizika-i-termodinamika/isparenie_kondensatsiya_kipenie_nasishchennie_i_nenasishchennie_pari.html

Испарение и конденсация газов

При испытаниях изделий различного назначения приходится иметь дело не только с газами, но и с веществами, находящимися в разных фазовых состояниях – парами и жидкостями.

В вакуумной технике используют ряд жидкостей, которые неизбежно являются источниками паров в вакуумной системе: ртуть, воду, различные масла, смазочные жидкости и др. Всем этим веществам при различных температурах соответствуют определенные давления насыщенных паров, что необходимо учитывать при выборе вакуумных систем.

Фазовый переход из жидкости в пар называется парообразованием, обратный переход – конденсацией или сжижением. Парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости, называется испарением.

При таком равновесии, называемом динамическим, будут наблюдаться процессы испарения и конденсации, компенсирующие друг друга.

Некоторые молекулы имеют достаточную кинетическую энергию и скорость для преодоления сил притяжения и отрыва от поверхности жидкости

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщающим или насыщенным. Состоянию насыщения, несмотря на продолжающееся испарение, соответствует постоянное давление пара, называемое давлением насыщенного пара.

Давление насыщенных паров жидкостей при 20 0С:

Вещество	P, Па
Вода	2,33 · 103
Ртуть	1,6 · 10-1
Масла для механических насосов	Свыше 1 до 10-3
Масла для пароструйных насосов	Свыше 10-3 до 10-7
Смазки, уплотнители	Свыше 10-1 до 10-3

В окружающем нас воздухе всегда имеется некоторое количество водяного пара. Масса водяного пара, находящегося в 1 м3 воздуха, называется абсолютной влажностью.

Абсолютную влажность можно выражать парциальным давлением водяного пара при данной температуре. С повышением абсолютной влажности пары воды все ближе подходят к состоянию насыщающего пара.

Максимальной абсолютной влажностью при данной температуре является масса насыщающего водяного пара, находящегося в 1 м3 воздуха.

Относительной влажностью называется выраженное в процентах отношение абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре.

При определенной температуре, называемой критической, находящиеся в равновесии жидкость и насыщенный пар, являющиеся качественно подобными фазами, переходят в состояние, при котором их свойства, например плотность, становятся тождественными (такое состояние называют критическим). При превышении критической температуры, т. е. наибольшей температуры, при которой возможно существование жидкости в состоянии равновесия с паром, граница между жидкостью и паром исчезает.

Газообразное вещество называется газом, если его температура выше критической, и паром, если температура ниже критической.

Увеличением давления и охлаждением до температуры ниже критической газы можно перевести в жидкое состояние. Таким способом получают сжиженные газы в промышленности.

Для насыщенных паров справедливы лишь те газовые законы, которые не связаны с изменением параметров состояния, поэтому законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля к насыщенным парам применять нельзя.

В этом случае можно использовать лишь закон Дальтона.

Критические температуры некоторых газов и жидкостей:

Вещество	tкр, 0С	Вещество	tкр, 0С
Азот	-147,1	Гелий	-267,9
Аргон	-122,4	Углекислый газ	31,1
Ацетон	235	Кислород	-118,8
Водород	-239,9	Этиловый спирт	243,1
Вода	374,14	Толуол	320,6

Источник: http://ndt-testing.ru/isparenie-kondensacija-gazov.html

Испарение и конденсация – кратко, все самое важное

Каждое вещество может находиться в одном из трёх основных состояний — твёрдом, жидком или газообразном. При этом для каждого из этих них характерен определённый диапазон температур.

С изменением температуры выше порогового значения, начинается постепенный переход из жидкости в пар — закипание, а при понижении температурного показателя начинается противоположный процесс превращения пара в жидкость — конденсация.

Испарение – что это такое?

Наиболее наглядно описанные выше процессы можно проследить на примере воды. Чистая вода является жидкостью при t = 0…99°С. При понижении температуры ниже нуля происходит процесс затвердевания — превращения жидкости в лёд.

При увеличении t свыше ста градусов вода закипает и испаряется. Однако парообразование может осуществляться и при гораздо меньших показателях температур. Этот процесс именуется испарением, и осуществляется он не по всему объёму жидкости, а только на её поверхности.

Данный процесс сопровождается поглощением тепла. Связано это с затратой испаряющимися частицами энергии на преодоление силы поверхностного натяжения молекул вещества. Кинетическая энергия молекулярных частиц, имеющих наибольшую скорость, становится выше потенциальной энергии сцепления с прочими соседними молекулами.

В итоге им хватает энергии на то, чтобы оторваться от поверхности и перейти в парообразное состояние. При этом внутренняя энергия оставшихся молекул становится ниже среднего значения, и температура жидкости уменьшается.

Поскольку молекулы находятся в постоянном хаотичном броуновском движении, то и испарение идёт при t, даже близкой к 0°С. Единственное различие — при возрастании температуры, процесс испарения активируется в связи с получением частицами дополнительной энергии извне. Эта внутренняя энергия трансформируется в кинетическую, и в итоге происходит отрыв молекулы от поверхности.

Как влияет движение воздуха на испарение

Помимо температуры, на скорость испарения оказывает влияние и такой фактор, как движение воздуха. Легко заметить, что на ветру лужи или выстиранное бельё сохнут намного быстрее.

Дело в том, что значительная часть молекул, истратив энергию на преодоление силы поверхностного натяжения и оторвавшись от поверхности воды, более не могут находиться в парообразном состоянии.

Их кинетическая энергия, и соответственно, скорость, резко падает, и они опускаются вновь в жидкость. Дующий ветер подхватывает их и уносит в сторону. В результате жидкость лишается источника пополнения, и со временем высыхает.

В оба сосуда следует налить одинаковый объём воды и оставить на определённое время. Спустя день-два можно заметить, что блюдце совершенно сухое, в то же время в пробирке ещё достаточно воды.

Конденсация

Процесс обратного агрегатного перехода называется конденсация, от латинского слова «конденсио» — «сгущение». Данный процесс начинается при определённом значении температуры или давления, а также при сочетании этих обоих показателей.

Подобное сочетание в физике именуется «критическая точка». Так, для процесса конденсации необходима определённая температура, выше которой конденсация становится невозможной. Это значение получило название «критическая температура».

В «критической точке» происходит смешение состояний пара и жидкости, границы между ними размываются и количество молекул, отрывающихся от жидкости, становится равным количеству молекул, в неё возвращающихся.

То есть, оба процесса приходят в равновесие. При понижении температуры пара ниже критической отметки, его частички начинают массово оседать на холодных поверхностях, образуя капельки жидкости. Это и является процессом конденсации, а температура, при которой он начинается, именуется «точка росы».

Конденсация в природе

Понаблюдать процесс конденсации можно наблюдать, приблизив охлаждённую стеклянную или металлическую пластинку к носику кипящего чайника.

Выходящие из чайника в виде пара молекулы воды, при встрече с холодной поверхностью пластинки остужаются, теряют свою кинетическую энергию и оседают на её поверхности в виде маленьких капелек жидкости.

Оба этих явления достаточно часто можно видеть и в природе. Утренний туман является типичным примером испарения влаги, а образование росы на траве, или инея в прохладное время — конденсация парообразных частиц.

Источник: https://gidinform.ru/isparenie-i-kondensatsiya-kratko-vse-samoe-vazhnoe/