Zależność prężności pary nasyconej od temperatury. Gotowanie – Hipermarket Wiedzy

Ponieważ wielkość ciśnienia pary nasyconej zależy od temperatury powietrza, gdy temperatura wzrasta, powietrze może wchłonąć więcej pary wodnej, a ciśnienie nasycenia wzrasta. Wzrost ciśnienia nasycenia nie następuje liniowo, ale po nachylonej krzywej. Fakt ten jest na tyle ważny dla fizyki konstrukcji, że nie należy go pomijać. Na przykład w temperaturze 0 °C (273,16 K) prężność pary nasyconej ps wynosi 610,5 Pa (Pascal), w temperaturze +10 °C (283,16 K) okazuje się równa 1228,1 Pa, przy +20 ° C (293,16 K) 2337,1 Pa, a przy +30°C (303,16 K) wynosi 4241,0 Pa. W konsekwencji, wraz ze wzrostem temperatury o 10 °C (10 K), prężność pary nasyconej w przybliżeniu się podwoi.

Zależność ciśnienia cząstkowego pary wodnej od zmian temperatury pokazano na rys. 3.

BEZWZGLĘDNA WILGOTNOŚĆ POWIETRZA f

Gęstość pary wodnej, tj. jego zawartość w powietrzu nazywana jest bezwzględną wilgotnością powietrza i jest mierzona w g/m.

Maksymalna gęstość pary wodnej możliwa w określonej temperaturze powietrza nazywana jest gęstością pary nasyconej, która z kolei wytwarza ciśnienie nasycenia. Gęstość pary nasyconej fsat i jej ciśnienie psas rosną wraz ze wzrostem temperatury powietrza. Jego wzrost jest również krzywoliniowy, jednak przebieg tej krzywej nie jest tak stromy jak przebieg krzywej pnas. Obie krzywe zależą od wartości 273,16/Tfact[K]. Dlatego też, jeśli znany jest stosunek pnas/fnas, można je porównać względem siebie.

Wilgotność bezwzględna powietrza w szczelnie zamkniętym pomieszczeniu nie zależy od temperatury

temperaturze aż do osiągnięcia gęstości pary nasyconej. Zależność bezwzględnej wilgotności powietrza od jego temperatury pokazano na rys. 4.

WILGOTNOŚĆ WZGLĘDNA

Stosunek rzeczywistej gęstości pary wodnej do gęstości pary nasyconej lub stosunek bezwzględnej wilgotności powietrza do maksymalnej wilgotności powietrza w określonej temperaturze nazywa się wilgotnością względną powietrza. Wyraża się go w procentach.

Kiedy temperatura w szczelnie zamkniętej przestrzeni spada, wilgotność względna powietrza będzie rosła, aż wartość ϕ osiągnie wartość 100% i tym samym osiągnięta zostanie gęstość pary nasyconej. Podczas dalszego chłodzenia skrapla się odpowiedni nadmiar pary wodnej.

Wraz ze wzrostem temperatury w zamkniętej przestrzeni zmniejsza się wilgotność względna powietrza. Ryż. 5 ilustruje zależność wilgotności względnej powietrza od temperatury. Wilgotność względną powietrza mierzy się za pomocą higrometru lub psychrometru. Bardzo niezawodny psychrometr aspiracyjny Assmanna mierzy różnicę temperatur pomiędzy dwoma precyzyjnymi termometrami, z których jeden jest owinięty wilgotną gazą. Chłodzenie spowodowane parowaniem wody jest tym większe, im bardziej suche jest otaczające powietrze. Ze stosunku różnicy temperatur do rzeczywistej temperatury powietrza można określić wilgotność względną otaczającego powietrza.

Zamiast higrometru do cienkich włosów, który czasami jest używany w sytuacjach dużej wilgotności, stosuje się sondę pomiarową z chlorkiem litu. Ssał

Wykonany jest z metalowej tulejki z osłoną z włókna szklanego, oddzielnego uzwojenia drutu grzejnego i termometru oporowego. Płaszcz tkaniny wypełniony jest wodnym roztworem chlorku litu i znajduje się pod wpływem napięcia przemiennego pomiędzy obydwoma uzwojeniami. Woda odparowuje, sól krystalizuje, a opór znacznie wzrasta. Dzięki temu zawartość pary wodnej w otaczającym powietrzu i moc grzewcza są zrównoważone. Na podstawie różnicy temperatur pomiędzy otaczającym powietrzem a wbudowanym termometrem, za pomocą specjalnego obwodu pomiarowego określana jest wilgotność względna powietrza.

Sonda pomiarowa reaguje na wpływ wilgotności powietrza na włókno higroskopijne, które jest wykonane tak, aby pomiędzy obiema elektrodami przepływał wystarczający prąd. Ta ostatnia wzrasta wraz ze wzrostem wilgotności względnej, w pewnym stopniu zależnie od temperatury powietrza.

Sonda do pomiaru pojemności to kondensator z płytką perforowaną wyposażoną w higroskopijny dielektryk, którego pojemność zmienia się wraz ze zmianami wilgotności względnej i temperatury powietrza otoczenia. Sonda pomiarowa może stanowić integralną część tzw. elementu RC obwodu multiwibartora. W tym przypadku wilgotność powietrza jest przeliczana na określoną częstotliwość, która może przyjmować duże wartości. W ten sposób urządzenie osiąga niezwykle wysoką czułość, co pozwala na rejestrację minimalnych zmian wilgotności.

CZĘŚCIOWE CIŚNIENIE PARY WODNEJ

W przeciwieństwie do prężności pary wodnej nasyconej рсас, która oznacza maksymalne ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu w określonej temperaturze, pojęcie ciśnienia cząstkowego pary wodnej р oznacza ciśnienie pary wodnej, która jest w stanie nienasyconym, zatem w każdym przypadku to ciśnienie powinno być mniejsze niż rna.

Wraz ze wzrostem zawartości pary wodnej w suchym powietrzu wartość p zbliża się do odpowiedniej wartości psa. Jednocześnie ciśnienie atmosferyczne Ptot pozostaje stałe. Ponieważ ciśnienie cząstkowe pary wodnej p stanowi tylko część całkowitego ciśnienia wszystkich składników mieszaniny, jego wartości nie można określić metodą bezpośredniego pomiaru. Przeciwnie, ciśnienie pary można określić, jeśli najpierw w naczyniu wytworzy się podciśnienie, a następnie wprowadzi się do niego wodę. Wielkość wzrostu ciśnienia na skutek parowania odpowiada wartości psa, która odnosi się do temperatury przestrzeni nasyconej parą.

Mając znane ps, p można pośrednio zmierzyć w następujący sposób. Naczynie zawiera mieszaninę powietrza i pary wodnej o początkowo nieznanym składzie. Ciśnienie wewnątrz naczynia Ptotal = pв + p, tj. ciśnienie atmosferyczne otaczającego powietrza. Jeśli teraz zamkniesz naczynie i wlejesz do niego określoną ilość wody, ciśnienie wewnątrz naczynia wzrośnie. Po nasyceniu parą wodną będzie to pv + rns. Różnicę ciśnień rnac - p, ustaloną za pomocą mikrometru, odejmuje się od znanej już wartości prężności pary nasyconej, która odpowiada temperaturze w naczyniu. Wynik będzie odpowiadał ciśnieniu cząstkowemu p oryginalnego pojemnika, tj. powietrze otoczenia.

Łatwiej jest obliczyć ciśnienie cząstkowe p, korzystając z danych z tabel ciśnienia pary nasyconej pnas dla określonego poziomu temperatury. Wartość współczynnika p/đsat odpowiada wartości stosunku gęstości pary wodnej f do gęstości pary nasyconej fsat, która jest równa wartości wilgotności względnej

jakość powietrza W ten sposób otrzymujemy równanie

nie p =rnas.

Dzięki temu, znając temperaturę powietrza i ciśnienie nasycenia psat, można szybko i jednoznacznie określić wartość ciśnienia cząstkowego p. Na przykład wilgotność względna wynosi 60%, a temperatura powietrza 10°C. Wówczas, ponieważ w tej temperaturze prężność pary nasyconej psat = 1228,1 Pa, ciśnienie cząstkowe p wyniesie 736,9 Pa (rysunek 6).

PUNKT ROSY PARY WODNEJ t

Para wodna zawarta w powietrzu jest zwykle w stanie nienasyconym i dlatego ma określone ciśnienie cząstkowe i określoną wilgotność względną powietrza<р < 100%.

Jeżeli powietrze ma bezpośredni kontakt z materiałami stałymi, których temperatura powierzchni jest niższa od jego temperatury, to przy odpowiedniej różnicy temperatur powietrze w warstwie przyściennej ochładza się, a jego wilgotność względna wzrasta aż do wartości 100%, tj. gęstość pary nasyconej. Nawet przy nieznacznym dalszym chłodzeniu para wodna zaczyna się skraplać na powierzchni stałego materiału. Stanie się tak do czasu ustalenia nowego stanu równowagi temperatury powierzchni materiału i gęstości pary nasyconej. Ze względu na dużą gęstość, schłodzone powietrze opada, a cieplejsze unosi się. Ilość kondensatu będzie wzrastać aż do ustalenia się równowagi i zatrzymania procesu kondensacji.

Proces kondensacji wiąże się z wydzieleniem ciepła, którego ilość odpowiada temperaturze parowania wody. Prowadzi to do wzrostu temperatury powierzchni ciał stałych.

Punkt rosy t to temperatura powierzchni, w pobliżu której gęstość pary staje się równa gęstości pary nasyconej, tj. wilgotność względna powietrza sięga 100%. Kondensacja pary wodnej rozpoczyna się natychmiast po spadku jej temperatury poniżej punktu rosy.

Znając temperaturę powietrza hv i wilgotność względną, można skonstruować równanie p(vv) = psat(t) = psat. Aby obliczyć wymaganą wartość pH, skorzystaj z tabeli prężności pary nasyconej.

Rozważmy przykład takiego obliczenia (ryc. 7). Temperatura powietrza hv = 10°C, wilgotność względna powietrza = 60%, psat (+10°C) = 1228,1 P rsas (t) = = 0 6 x 1228,1 Pa = 736,9 Pa, punkt rosy = + 2,6°C (tabela) .

Punkt rosy można wyznaczyć graficznie za pomocą krzywej ciśnienia nasycenia.Punkt rosy można obliczyć tylko wtedy, gdy oprócz temperatury powietrza znana jest również jego wilgotność względna. Zamiast obliczeń można zastosować pomiar. Jeśli powoli schładzasz wypolerowaną powierzchnię płytki (lub membrany) wykonanej z materiału przewodzącego ciepło, aż zacznie się na niej tworzyć kondensacja, a następnie zmierzysz temperaturę tej powierzchni, możesz bezpośrednio znaleźć punkt rosy otaczającej powietrze Zastosowanie Metoda ta nie wymaga znajomości wilgotności względnej powietrza, chociaż można dodatkowo obliczyć tę wartość na podstawie temperatury powietrza i punktu rosy

Na tej zasadzie opiera się działanie higrometru do określania punktu rosy Daniela i Reinolta, opracowanego w pierwszej połowie XIX wieku. W ostatnim czasie dzięki zastosowaniu elektroniki została ona na tyle udoskonalona, ​​że ​​pozwala na określenie punktu rosy z bardzo dużą dokładnością. W ten sposób normalny higrometr można odpowiednio skalibrować i monitorować za pomocą higrometru przeznaczonego do określania punktu rosy.

« Fizyka – klasa 10”

Jak myślisz, co stanie się z parą nasyconą, jeśli zmniejszy się jej objętość: na przykład, jeśli para będąca w równowadze z cieczą w cylindrze pod tłokiem zostanie sprężona, utrzymując stałą temperaturę zawartości cylindra?

Gdy para zostanie sprężona, równowaga zacznie być zakłócana. W pierwszej chwili gęstość pary nieznacznie wzrośnie i większa liczba cząsteczek zacznie przemieszczać się z gazu do cieczy niż z cieczy do gazu. Przecież liczba cząsteczek opuszczających ciecz w jednostce czasu zależy tylko od temperatury, a kompresja pary nie zmienia tej liczby. Proces trwa do momentu ponownego ustalenia się równowagi dynamicznej i gęstości pary, dzięki czemu stężenie jej cząsteczek odzyskuje poprzednie wartości. Stąd,

stężenie cząsteczek pary nasyconej w stałej temperaturze nie zależy od jej objętości.

Ponieważ ciśnienie jest proporcjonalne do stężenia cząsteczek (p = nkT), z tej definicji wynika, że ​​ciśnienie pary nasyconej nie zależy od zajmowanej przez nią objętości.

Ciśnienie pH n nazywa się para, w której ciecz znajduje się w równowadze z parą ciśnienie pary nasyconej.

Kiedy para nasycona jest sprężana, coraz większa jej część przechodzi w stan ciekły. Ciecz o danej masie zajmuje mniejszą objętość niż para o tej samej masie. W rezultacie objętość pary, przy niezmienionej gęstości, maleje.

Prawa gazowe dla pary nasyconej nie obowiązują (dla dowolnej objętości w stałej temperaturze ciśnienie pary nasyconej jest takie samo). Jednocześnie stan pary nasyconej dość dokładnie opisuje równanie Mendelejewa-Clapeyrona.

Para nienasycona

>Jeżeli para jest stopniowo sprężana w stałej temperaturze, ale nie zamienia się w ciecz, to taką parę nazywamy nienasycone.

Wraz ze spadkiem objętości (ryc. 11.1) wzrasta ciśnienie pary nienasyconej (sekcja 1-2) w taki sam sposób, w jaki zmienia się ciśnienie, gdy zmniejsza się objętość gazu doskonałego. Przy określonej objętości para ulega nasyceniu, a przy dalszym sprężaniu zamienia się w ciecz (sekcja 2-3). W takim przypadku nad cieczą będzie już nasycona para.

Gdy tylko cała para zamieni się w ciecz, dalsze zmniejszenie objętości spowoduje gwałtowny wzrost ciśnienia (ciecz jest lekko ściśliwa).

Jednak para nie zamienia się w ciecz w żadnej temperaturze. Jeśli temperatura przekroczy określoną wartość, to niezależnie od tego, jak bardzo skompresujemy gaz, nigdy nie zamieni się on w ciecz.

>Nazywa się maksymalną temperaturą, w której para może jeszcze zamienić się w ciecz krytyczna temperatura.

Każda substancja ma swoją temperaturę krytyczną, dla helu T cr = 4 K, dla azotu T cr = 126 K.

Nazywa się stan skupienia w temperaturze wyższej od temperatury krytycznej gaz; w temperaturze poniżej krytycznej, gdy para ma możliwość przejścia w ciecz, - prom.

Właściwości pary nasyconej i nienasyconej są różne.

Zależność prężności pary nasyconej od temperatury.

Stan pary nasyconej, jak pokazuje doświadczenie, w przybliżeniu opisuje równanie stanu gazu doskonałego (10.4), a jego ciśnienie określa wzór

Rn. n = nkT. (11.1)

Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta ciśnienie

Ponieważ prężność pary nasyconej nie zależy od objętości, zależy zatem tylko od temperatury.

Jednakże zależność od ciśnienia pH. n w temperaturze T, stwierdzone eksperymentalnie, nie jest wprost proporcjonalne, jak w przypadku gazu doskonałego o stałej objętości. Wraz ze wzrostem temperatury ciśnienie rzeczywistej pary nasyconej rośnie szybciej niż ciśnienie gazu doskonałego (rys. 11.2, przekrój krzywej AB). Staje się to oczywiste, jeśli narysujemy izochory gazu doskonałego przez punkty A i B (linie przerywane). Dlaczego to się dzieje?

Kiedy ciecz jest podgrzewana w zamkniętym pojemniku, część cieczy zamienia się w parę. W rezultacie, zgodnie ze wzorem (11.1), ciśnienie pary nasyconej wzrasta nie tylko na skutek wzrostu temperatury cieczy, ale także na skutek wzrostu stężenia cząsteczek (gęstości) pary.

Zasadniczo wzrost ciśnienia wraz ze wzrostem temperatury jest dokładnie określony przez wzrost stężenia. Główna różnica w zachowaniu gazu doskonałego i pary nasyconej polega na tym, że gdy zmienia się temperatura pary w zamkniętym naczyniu (lub gdy zmienia się objętość przy stałej temperaturze), zmienia się masa pary.

Dlaczego opracowano tabele zależności ciśnienia pary nasyconej od temperatury, ale nie ma tabel zależności ciśnienia gazu od temperatury?

Ciecz częściowo zamienia się w parę lub odwrotnie, para częściowo się skrapla. Nic takiego nie dzieje się w przypadku gazu doskonałego.

Gdy cała ciecz odparuje, po dalszym ogrzewaniu para przestanie być nasycona, a jej ciśnienie przy stałej objętości wzrośnie wprost proporcjonalnie do temperatury bezwzględnej (patrz rys. 11.2, przekrój krzywej BC).

Wrzenie.

Wraz ze wzrostem temperatury cieczy zwiększa się szybkość parowania. Wreszcie płyn zaczyna wrzeć. Podczas wrzenia w całej objętości cieczy tworzą się szybko rosnące pęcherzyki pary, które wypływają na powierzchnię.

Wrzenie to proces parowania, który zachodzi w całej objętości cieczy w temperaturze wrzenia.

W jakich warunkach zaczyna się gotowanie?

Jakie jest ciepło dostarczane do cieczy podczas wrzenia, z punktu widzenia teorii kinetyki molekularnej?

Temperatura wrzenia cieczy pozostaje stała. Dzieje się tak, ponieważ cała energia dostarczona do cieczy jest zużywana na przekształcenie jej w parę.

Ciecz zawsze zawiera rozpuszczone gazy, uwolnione przy dnie i ściankach naczynia, a także zawieszone w cieczy cząstki pyłu, będące ośrodkami parowania. Opary cieczy wewnątrz pęcherzyków są nasycone. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta prężność pary nasyconej, a pęcherzyki powiększają się. Pod wpływem siły wyporu unoszą się w górę. Jeżeli górne warstwy cieczy mają niższą temperaturę, wówczas w tych warstwach następuje kondensacja pary w postaci pęcherzyków. Ciśnienie gwałtownie spada, a pęcherzyki zapadają się. Załamanie następuje tak szybko, że ściany bańki zderzają się i powodują coś w rodzaju eksplozji. Wiele takich mikroeksplozji powoduje charakterystyczny hałas. Gdy ciecz wystarczająco się nagrzeje, pęcherzyki przestaną się zapadać i wypłyną na powierzchnię. Płyn się zagotuje.

Zależność prężności pary nasyconej od temperatury wyjaśnia, dlaczego temperatura wrzenia cieczy zależy od ciśnienia panującego na jej powierzchni. Pęcherzyk pary może rosnąć, gdy ciśnienie znajdującej się w nim pary nasyconej nieznacznie przekracza ciśnienie w cieczy, które jest sumą ciśnienia powietrza na powierzchni cieczy (ciśnienia zewnętrznego) i ciśnienia hydrostatycznego słupa cieczy.

Zwróćmy uwagę na fakt, że parowanie cieczy następuje w temperaturach poniżej temperatury wrzenia, ale tylko z powierzchni cieczy, podczas wrzenia tworzy się para wodna w całej objętości cieczy.

Wrzenie rozpoczyna się w temperaturze, w której ciśnienie pary nasyconej w pęcherzykach jest równe i staje się nieco większe niż ciśnienie w cieczy.

Im większe ciśnienie zewnętrzne, tym wyższa temperatura wrzenia.

Zatem w kotle parowym pod ciśnieniem sięgającym 1,6 · 10 6 Pa woda nie wrze nawet w temperaturze 200 ° C. W placówkach medycznych, w hermetycznie zamkniętych naczyniach - autoklawach (ryc. 11.3) wrzenie wody występuje również pod podwyższonym ciśnieniem. Dlatego temperatura wrzenia cieczy jest znacznie wyższa niż 100 °C. Autoklawy służą m.in. do sterylizacji narzędzi chirurgicznych, przyspieszania przygotowywania potraw (szybwary), konserwowania żywności i przeprowadzania reakcji chemicznych.

I odwrotnie, zmniejszając ciśnienie zewnętrzne, obniżamy w ten sposób temperaturę wrzenia.

Wypompowując powietrze i parę wodną z kolby, można zagotować wodę w temperaturze pokojowej. Podczas wspinaczki w góry ciśnienie atmosferyczne spada, dlatego spada temperatura wrzenia. Na wysokości 7134 m (Szczyt Lenina w Pamirze) ciśnienie wynosi około 4 10 4 Pa ​​(300 mm Hg). Woda wrze tam w temperaturze około 70°C. W takich warunkach nie można gotować mięsa.

Każda ciecz ma swoją własną temperaturę wrzenia, która zależy od właściwości cieczy. W tej samej temperaturze prężność pary nasyconej różnych cieczy jest różna.

Na przykład w temperaturze 100 °C ciśnienie nasyconej pary wodnej wynosi 101 325 Pa (760 mm Hg), a pary rtęci tylko 117 Pa (0,88 mm Hg). Ponieważ wrzenie zachodzi w tej samej temperaturze, w której ciśnienie pary nasyconej jest równe ciśnieniu zewnętrznemu, woda wrze w temperaturze 100 ° C, ale rtęć nie. Rtęć wrze w temperaturze 357°C pod normalnym ciśnieniem.

Zależność prężności pary nasyconej od temperatury. Stan pary nasyconej opisuje w przybliżeniu równanie stanu gazu doskonałego (3.4), a jej ciśnienie określa w przybliżeniu wzór

Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta ciśnienie. Ponieważ prężność pary nasyconej nie zależy od objętości, zależy zatem tylko od temperatury.

Jednakże zależność ta, stwierdzona eksperymentalnie, nie jest wprost proporcjonalna, jak w przypadku gazu doskonałego przy stałej objętości. Wraz ze wzrostem temperatury ciśnienie pary nasyconej rośnie szybciej niż ciśnienie gazu doskonałego (ryc. 52, przekrój krzywej AB).

Dzieje się tak z następującego powodu. Kiedy ciecz jest podgrzewana parą w zamkniętym naczyniu, część cieczy zamienia się w parę. W rezultacie, zgodnie ze wzorem (5.1), prężność pary wzrasta nie tylko na skutek wzrostu temperatury, ale także na skutek wzrostu stężenia cząsteczek (gęstości) pary. Główna różnica w zachowaniu gazu doskonałego i pary nasyconej polega na tym, że gdy zmienia się temperatura pary w zamkniętym naczyniu (lub gdy zmienia się objętość przy stałej temperaturze), zmienia się masa pary. Ciecz częściowo zamienia się w parę lub odwrotnie, para częściowo się skrapla. Nic takiego nie dzieje się w przypadku gazu doskonałego.

Kiedy cała ciecz wyparuje, para przestanie być nasycona po dalszym ogrzewaniu, a jej ciśnienie przy stałej objętości wzrośnie wprost proporcjonalnie do temperatury bezwzględnej (przekrój BC na rysunku 52).

Wrzenie. Zależność prężności pary nasyconej od temperatury wyjaśnia, dlaczego temperatura wrzenia cieczy zależy od ciśnienia. Podczas wrzenia w całej objętości cieczy tworzą się szybko rosnące pęcherzyki pary, które wypływają na powierzchnię. Oczywiście pęcherzyk pary może rosnąć, gdy ciśnienie znajdującej się w nim pary nasyconej nieznacznie przekracza ciśnienie w cieczy, które jest sumą ciśnienia powietrza na powierzchni cieczy (ciśnienia zewnętrznego) i ciśnienia hydrostatycznego słupa cieczy .

Wrzenie rozpoczyna się w temperaturze, w której ciśnienie pary nasyconej w pęcherzykach jest równe ciśnieniu cieczy.

Im większe ciśnienie zewnętrzne, tym wyższa temperatura wrzenia. Zatem przy ciśnieniu w kotle parowym sięgającym Pa woda nie wrze nawet w temperaturze 200°C. W placówkach medycznych gotowanie wody w hermetycznie zamkniętych naczyniach - autoklawach (ryc. 53) - występuje również pod podwyższonym ciśnieniem. Dlatego temperatura wrzenia jest znacznie wyższa niż 100°C. Autoklawy służą do sterylizacji narzędzi chirurgicznych, opatrunków itp.

Wręcz przeciwnie, zmniejszając ciśnienie, obniżamy w ten sposób temperaturę wrzenia. Wypompowując powietrze i parę wodną z kolby, można zagotować wodę w temperaturze pokojowej (ryc. 54). W miarę wspinania się po górach ciśnienie atmosferyczne spada. Dlatego temperatura wrzenia spada. Na wysokości

7134 m (Szczyt Lenina w Pamirze) ciśnienie jest w przybliżeniu równe Pa (300 mm Hg). Temperatura wrzenia wody wynosi tam około 70°C. W takich warunkach nie można na przykład gotować mięsa.

Różnicę temperatur wrzenia cieczy określa różnica ciśnienia pary nasyconej. Im wyższe ciśnienie pary nasyconej, tym niższa temperatura wrzenia odpowiedniej cieczy, ponieważ w niższych temperaturach prężność pary nasyconej staje się równa ciśnieniu atmosferycznemu. Na przykład w temperaturze 100°C ciśnienie nasyconej pary wodnej wynosi (760 mm Hg), a pary rtęci zaledwie 117 Pa (0,88 mm Hg). Rtęć wrze w temperaturze 357°C pod normalnym ciśnieniem.

Krytyczna temperatura. Wraz ze wzrostem temperatury, jednocześnie ze wzrostem ciśnienia pary nasyconej, wzrasta również jej gęstość. Przeciwnie, gęstość cieczy w równowadze z parą zmniejsza się w wyniku rozszerzania się cieczy po podgrzaniu. Jeśli na jednym rysunku narysujemy krzywe zależności gęstości cieczy i jej pary od temperatury, to dla cieczy krzywa będzie opadać, a dla pary rosnąć (ryc. 55).

W pewnej temperaturze, zwanej krytyczną, obie krzywe łączą się, tj. gęstość cieczy staje się równa gęstości pary.

Temperatura krytyczna to temperatura, w której zanikają różnice we właściwościach fizycznych pomiędzy cieczą a jej nasyconą parą.

W temperaturze krytycznej gęstość (i ciśnienie) pary nasyconej staje się maksymalna, a gęstość cieczy w równowadze z parą staje się minimalna. Ciepło właściwe parowania maleje wraz ze wzrostem temperatury i osiąga zero w temperaturze krytycznej.

Każda substancja charakteryzuje się własną temperaturą krytyczną. Na przykład temperatura krytyczna wody i ciekłego tlenku węgla (IV)

Ponieważ para nasycona jest jednym ze składników układu równowagi termodynamicznej substancji o jednorodnym składzie, ale różnym udziale fazowym, zrozumienie wpływu poszczególnych czynników fizycznych na wielkość wytwarzanego przez nią ciśnienia pozwala wykorzystać tę wiedzę w działaniach praktycznych, na przykład przy określaniu szybkości wypalenia niektórych cieczy w przypadku pożaru itp.

Zależność prężności pary nasyconej od temperatury

Prężność pary nasyconej wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. W tym przypadku zmiana wartości nie jest wprost proporcjonalna, ale następuje znacznie szybciej. Dzieje się tak dlatego, że wraz ze wzrostem temperatury ruch cząsteczek względem siebie przyspiesza i łatwiej jest im pokonać siły wzajemnego przyciągania i przejść do innej fazy, tj. liczba cząsteczek w stanie ciekłym maleje, a w stanie gazowym wzrasta, aż cała ciecz zamieni się w parę. To rosnące ciśnienie powoduje podniesienie pokrywy garnka lub gdy woda zaczyna wrzeć.

Zależność prężności pary nasyconej od innych czynników

Na wielkość ciśnienia pary nasyconej wpływa również liczba cząsteczek, które przeszły w stan gazowy, ponieważ ich liczba określa masę pary utworzonej w zamkniętym naczyniu. Wartość ta nie jest stała, ponieważ przy różnicy temperatur między dnem naczynia a pokrywką, która je zakrywa, stale zachodzą dwa wzajemnie przeciwne procesy - parowanie i kondensacja.

Ponieważ dla każdej substancji w określonej temperaturze znane są wskaźniki przejścia określonej liczby cząsteczek z jednej fazy stanu substancji do drugiej, możliwa jest zmiana wartości prężności pary nasyconej poprzez zmianę objętości naczynie. Zatem ta sama objętość wody, na przykład 0,5 litra, wytworzy różne ciśnienia w pięciolitrowym kanistrze i czajniku.

Czynnikiem decydującym o określeniu wartości odniesienia prężności pary nasyconej przy stałej objętości i stopniowym wzroście temperatury jest struktura molekularna samej podgrzewanej cieczy. Zatem wskaźniki acetonu, alkoholu i zwykłej wody będą się znacznie od siebie różnić.

Aby zobaczyć proces wrzenia cieczy, konieczne jest nie tylko doprowadzenie ciśnienia pary nasyconej do pewnych granic, ale także skorelowanie tej wartości z zewnętrznym ciśnieniem atmosferycznym, ponieważ proces wrzenia jest możliwy tylko wtedy, gdy ciśnienie na zewnątrz jest wyższe niż ciśnienie wewnątrz naczynia.

Do tej pory rozważaliśmy zjawiska parowania i kondensacji w stałej temperaturze. Przyjrzyjmy się teraz wpływowi temperatury. Łatwo zauważyć, że wpływ temperatury jest bardzo silny. W upalny dzień lub w pobliżu pieca wszystko schnie znacznie szybciej niż na mrozie. Oznacza to, że parowanie ciepłej cieczy jest intensywniejsze niż zimnej cieczy. Łatwo to wyjaśnić. W ciepłej cieczy więcej cząsteczek ma wystarczającą prędkość, aby pokonać siły spójności i uciec z cieczy. Dlatego wraz ze wzrostem temperatury wraz ze wzrostem szybkości parowania cieczy wzrasta również prężność pary nasyconej.

Wzrost prężności pary można łatwo wykryć za pomocą urządzenia opisanego w § 291. Opuśćmy kolbę z eterem do ciepłej wody. Zobaczymy, że manometr pokaże gwałtowny wzrost ciśnienia. Opuszczając tę ​​samą kolbę do zimnej wody, a jeszcze lepiej do mieszaniny śniegu i soli (§ 275), przeciwnie, zauważymy spadek ciśnienia.

Zatem prężność pary nasyconej silnie zależy od temperatury. W tabeli Rysunek 18 przedstawia prężność pary nasyconej wody i rtęci w różnych temperaturach. Zwróćmy uwagę na znikomą prężność par rtęci w temperaturze pokojowej. Pamiętajmy, że przy odczycie barometru pomija się to ciśnienie.

Tabela 18. Prężność pary nasyconej wody i rtęci w różnych temperaturach (mm Hg)

Z wykresu zależności prężności pary nasyconej wody od temperatury (ryc. 481) widać, że przyrost ciśnienia odpowiadający wzrostowi temperatury o , rośnie wraz z temperaturą. Jest to różnica między parą nasyconą a gazami, których ciśnienie po podgrzaniu wzrasta równomiernie zarówno w niskich, jak i wysokich temperaturach (o 1/273 ciśnienia w ). Ta różnica stanie się całkiem zrozumiała, jeśli przypomnimy sobie, że gdy gazy są podgrzewane przy stałej objętości, zmienia się tylko prędkość cząsteczek. Kiedy układ ciecz-para jest podgrzewany, jak już wskazaliśmy, zmienia się nie tylko prędkość cząsteczek, ale także ich liczba w jednostce objętości, czyli w wyższej temperaturze mamy parę o większej gęstości.

Rysunek 481. Zależność prężności pary nasyconej wody

293.1. Dlaczego termometr gazowy (§ 235) podaje prawidłowe odczyty dopiero wtedy, gdy gaz jest całkowicie suchy?

293.2. Załóżmy, że w zamkniętym naczyniu oprócz cieczy i pary znajduje się również powietrze. Jak wpłynie to na zmianę ciśnienia wraz ze wzrostem temperatury?

293.3. Zmianę prężności pary w zamkniętym naczyniu wraz ze wzrostem temperatury obrazuje wykres pokazany na rys. 482. Jaki wniosek można wyciągnąć odnośnie procesów parowania wewnątrz naczynia?

Ryż. 482. Do ćwiczenia 293.3