Властивості пари. Критичний стан речовини

Властивості пари. Критичний стан речовини

Реферат

на тему:

"Властивості пари. Критичний стан речовини”

Пароутворення - один з видів фазових переходів (ФП).

Пароутворення - процес перетворення речовини з рідкого стану в газоподібний. Пароутворення можливе двома шляхами:

) випаровування - пароутворення з вільної поверхні рідини;

) кипіння - пароутворення в товщі рідини всередину бульбашок.

Випаровування відбувається при довільній температурі. Якщо рідина теплоізольована, то внаслідок випаровування її температура знижується, оскільки рідину залишають найбільш швидкі часточки. Для того, щоб випаровування відбувалось при T = const, рідина повинна отримувати деяку кількість тепла. Інтенсивність випаровування m_t - величина, яка чисельно рівна приросту маси газоподібної речовини за одиницю часу. Теплова потужність, яка необхідна для забезпечення сталої інтенсивності випаровування m_t:

,

(L_п - питоме тепло пароутворення).

Кипіння рідини відбувається при сталій температурі кипіння Т_к, яка визначається її хімічним складом та тиском Р, під яким вона перебуває. Для того, щоб кипіння почалося, у рідині повинні бути розчинені гази (наприклад, повітря), а також присутні мікроскопічні неоднорідності (порошинки, краплинки іншої рідини, іони, тощо). При підвищенні температури неоднорідності стають центрами кипіння: розчинені в рідині гази виділяються на них у вигляді бульбашок, всередину яких надалі відбувається випаровування.

Існує дві форми газоподібного стану - газ і пара. Пара - газоподібна речовина, яка при даній температурі може бути перетворена у рідину шляхом стискання. Газ - газоподібна речовина, яка при даній температурі не може бути перетворена в рідину лише одним стисканням: для цього необхідне попереднє зниження її температури нижче певної, так званої критичної Т_кр. Газоподібна речовина, для якої Т>Т_кр - газ; якщо ж Т<Т_кр, - маємо справу з парою. Для Н₂ОТ_кр = 674 К; для О₂ - 154 К, N₂ - 126 К, Н₂ - 33 К, Не - 5,3 К. Як видно, при температурах, близьких до Т₀ = 273 К, маємо справу з парою води і газами - киснем, азотом, воднем; гелій лишається газом при зниженні Т аж до 5,3 К.

Пара рідини насичена, якщо зменшення її об’єму зумовлює скраплення (утворення крапель рідини). Пара ненасичена, якщо при зменшенні її об’єму скраплення не відбувається. При наявності рідини пара насичена, якщо пароутворення і конденсація взаємно скомпенсовані, тобто рідина і її пара перебувають у стані термодинамічної рівноваги. При наявності рідини пара ненасичена, якщо інтенсивність пароутворення перевищує інтенсивність конденсації.

Тиск насиченої пари Р_н даної рідини визначається її температурою Т: Р_н = Р_н (T) (якісно залежність показана на малюнку).

При невеликих змінах температури DT насиченої пари її тиск змінюється на DР_н таким чином, що:

де rн - густина насиченої пари, а L_п - питоме тепло пароутворення при даній температурі Т.

Оскільки при змінах термодинамічних параметрів стану пари вона непогано підлягає РМК аж до досягнення стану насичення, то густина насиченої пари дорівнює:

.

Рідина закипає, якщо тиск насиченої пари всередині бульбашок досягає тиску, під яким перебуває рідина. Оскільки Р_н =Р_{н (}Т), то температуру кипіння визначає рівняння Р_н (Т) = Р, де Р - тиск, під яким перебуває рідина. Зміна цього тиску на DР приводить до зміни температури кипіння Т_к на DТ_к:

.

Однак, якщо центри кипіння відсутні (рідина очищена або з неї видалені гази), кипіння наступає при Тк¢ > Тк, характерної для даного тиску Р. Рідина при Тк < Т < Тк¢ - перегріта рідина.

При зменшенні об’єму V пари при Т = const її густина r (тиск Р) збільшується аж до досягнення rн (тиску Рн). Подальше зменшення V зумовлює конденсацію пари при незмінній густині (тиску) останньої. Якщо в середовищі над поверхнею рідини відсутні мікроскопічні неоднорідності - центри конденсації, то при даній Т для пари може бути досягнуто r > rн (Рп > Рн). Таку пару називають перенасиченою або переохолодженою. При появі неоднорідності відбувається бурхливе кипіння перегрітої рідини та інтенсивне скраплення (конденсація) переохолодженої пари. У цих випадках стан рівноваги пари і рідини нестійка і може існувати лише короткочасно (метастабільний стан).

У випадку зміни об’єму газоподібної речовини її ізотерми виглядають так, як зображено на малюнку (штрихова лінія відповідає рідині):

- газ: Т > Т_кр.

- критична ізотерма: Т = Т_кр.

- пара: Т < Т_кр.

Якщо при даній температурі Т < Т_кр об’єм пари зменшуючись, досягає V = V_н, починається скраплення пари, яка повністю перетворюється у рідину при V = V_р. Якщо V>V_н то при даній Т пара ненасичена. При V  Vн застосування до неї РМК дає результати, які непогано узгоджуються з дослідом. Тобто при VVн пару можна вважати ІГ.

Залежність тиску Р_н і густини rн насиченої пари води від температури подана в таблицях; вони зв’язані наступним співвідношенням: rн =МР_н/ (RT). Абсолютна вологість повітря - парціальний тиск (густина) водяної пари, наявної в повітрі.

пара кипіння випаровування пароутворення

Відносна вологість повітря - відношення парціального тиску Р (густини r) водяної пари, яка є в повітрі, до тиску (густини) насиченої пари при температурі повітря:

 або

Якщо В<1 - водяна пара в атмосфері ненасичена; якщо В=1 - досягається насичення. Зрозуміло, що при сталій абсолютній вологості відносна вологість може бути різною залежно від Т, оскільки Р_н = Р_н (Т) і rн = rн (Т). Якщо Т¯, то Р_н¯ (r_н¯) і при деякій Т досягається В=1. Теоретичний випадок В>1 (P > Pн; r > rн) у звичайних умовах не реалізується, оскільки в повітрі завжди присутні мікроскопічні неоднорідності (порошинки, краплинки, іони) - центри конденсації: якщо під час Т¯ досягнуто В = 1, то подальше зниження Т зумовлює появу крапель води в повітрі - туману або на твердих поверхнях (ґрунт; листя рослин, будівлі, тощо) - роси. Точка роси Т_р - температура, при досягненні якої в процесі зниження температури водяна пара в атмосфері стає насиченою. Для людини сприятлива відносна вологість В = 60,70%.

Властивості пари:

тиск насиченої пари рідини при незмінній температурі - величина стала;

концентрація молекул насиченої пари у закритому об’ємі з рідиною завжди встановлюється при даній температурі одна і та сама незалежно від обєму, який займає пара;

тиск насиченої пари зростає з підвищенням температури.

Критична температура - температура Т_к, при якій густини рідини і пари стають однаковими, при чому зникає межа розділу між рідиною і парою, перетворюється у нуль теплота пароутворення, пару і рідину не можна розрізнити. Стан, за якого відбувається це явище, називається критичним станом. Тиск насиченої пари рідини при її критичній температурі називають критичним тиском.

Об`єм, що його займає речовина у критичному стані називають критичним об`ємом.

Він відповідає найбільшому значенню обєму, який може займати дана маса речовини у рідкому стані.

Пристрої для вимірювання вологості повітря:

психрометри;

гігрометри.

Психрометр складається з двох термометрів. Резервуар, що містить спирт, в одного з термометрів обгорнутий вологою тканиною, з якої випаровується вода, внаслідок чого відбувається охолодження спирту. Чим менш вологе повітря тим нижчу температуру показує термометр. За різницею показників термометрів з використанням психометричної таблиці визначають вологість повітря.