Molekyylifysiikka. Tyydyttyneet ja tyydyttymättömät parit

Lippu nro 1

Tyydytetty höyry.

Jos nestesäiliö suljetaan tiiviisti, nesteen määrä ensin pienenee ja pysyy sitten vakiona. Vakiolämpötilassa neste-höyryjärjestelmä saavuttaa lämpötasapainon ja pysyy siinä niin kauan kuin halutaan. Samanaikaisesti haihdutusprosessin kanssa tapahtuu myös kondensaatiota, molemmat prosessit keskimäärin kompensoivat toisiaan.

Ensimmäisellä hetkellä, kun neste on kaadettu astiaan ja suljettu, neste haihtuu ja höyryn tiheys sen yläpuolella kasvaa. Kuitenkin samaan aikaan nesteeseen palaavien molekyylien määrä kasvaa. Mitä suurempi höyryn tiheys, sitä suurempi määrä sen molekyylit palaavat nesteeseen. Tämän seurauksena suljetussa astiassa vakiolämpötilassa muodostuu dynaaminen (liikkuva) tasapaino nesteen ja höyryn välille, eli nesteen pinnasta tietyn ajan kuluessa poistuvien molekyylien määrä on keskimäärin yhtä suuri. samassa ajassa nesteeseen palaavien höyrymolekyylien lukumäärään.

Höyryä, joka on dynaamisessa tasapainossa nesteensä kanssa, kutsutaan kylläiseksi höyryksi. Tämä määritelmä korostaa sitä, että annettu tilavuus Tietyssä lämpötilassa ei voi olla enempää höyryä.

Tyydyttyneen höyryn paine.

Mitä kylläiselle höyrylle tapahtuu, jos sen varaama tilavuus pienenee? Jos esimerkiksi puristat nesteen kanssa tasapainossa olevaa höyryä sylinterissä männän alla, jolloin sylinterin sisällön lämpötila pysyy vakiona.

Kun höyryä puristetaan, tasapaino alkaa häiriintyä. Aluksi höyryn tiheys kasvaa hieman, ja suurempi määrä molekyylejä alkaa liikkua kaasusta nesteeksi kuin nesteestä kaasuun. Loppujen lopuksi nesteestä poistuvien molekyylien määrä aikayksikköä kohti riippuu vain lämpötilasta, eikä höyryn puristus muuta tätä määrää. Prosessi jatkuu, kunnes dynaaminen tasapaino ja höyryntiheys palautuvat, ja siksi sen molekyylien pitoisuus saa aikaisemmat arvonsa. Näin ollen tyydyttyneiden höyrymolekyylien pitoisuus vakiolämpötilassa ei riipu sen tilavuudesta.

Koska paine on verrannollinen molekyylien konsentraatioon (p=nkT), tästä määritelmästä seuraa, että kylläisen höyryn paine ei riipu sen varaamasta tilavuudesta.

Paine p n.p. höyrynpainetta, jossa neste on tasapainossa höyrynsä kanssa, kutsutaan kylläiseksi höyrynpaineeksi.

Kyllästetyn höyryn paineen riippuvuus lämpötilasta

Kyllästetyn höyryn tila, kuten kokemus osoittaa, kuvataan likimäärin tilayhtälöllä ihanteellinen kaasu, ja sen paine määritetään kaavalla

Kun lämpötila nousee, paine kasvaa. Koska kylläisen höyryn paine ei riipu tilavuudesta, se riippuu siksi vain lämpötilasta.

Kuitenkin riippuvuus p.n. kokeellisesti löydetystä T:stä ei ole suoraan verrannollinen, kuten ihanteellisessa kaasussa vakiotilavuudella. Lämpötilan noustessa todellisen kylläisen höyryn paine kasvaa nopeammin kuin ideaalikaasun paine (kuvan 12 osa). Miksi tämä tapahtuu?

Kun nestettä kuumennetaan suljetussa astiassa, osa nesteestä muuttuu höyryksi. Tämän seurauksena kaavan P = nkT mukaan kylläisen höyryn paine ei kasva pelkästään nesteen lämpötilan nousun vuoksi, mutta myös johtuen höyryn molekyylipitoisuuden (tiheyden) kasvusta. Pohjimmiltaan paineen nousu lämpötilan noustessa määräytyy juuri pitoisuuden kasvun perusteella.

(Pääasiallinen ero ihanteellisen kaasun ja kylläisen höyryn käyttäytymisessä on se, että kun höyryn lämpötila suljetussa astiassa muuttuu (tai tilavuuden muuttuessa vakiolämpötilassa), höyryn massa muuttuu. Neste kääntyy osittain höyryksi, tai päinvastoin, höyry osittain tiivistyy. C Mitään tällaista ei tapahdu ihanteellisessa kaasussa.)

Kun kaikki neste on haihtunut, höyry lakkaa kyllästymästä edelleen kuumennettaessa ja sen paine vakiotilavuudessa kasvaa suoraan suhteessa absoluuttiseen lämpötilaan (katso kuva, käyrän 23 osa).

Kiehuva.

Kiehuminen on aineen intensiivistä siirtymistä nesteestä kaasumaiseen tilaan, joka tapahtuu koko nesteen tilavuudessa (eikä vain sen pinnalta). (Kondensoituminen on käänteinen prosessi.)

Nesteen lämpötilan noustessa haihtumisnopeus kasvaa. Lopulta neste alkaa kiehua. Keitettäessä nesteen koko tilavuuteen muodostuu nopeasti kasvavia höyrykuplia, jotka kelluvat pintaan. Nesteen kiehumispiste pysyy vakiona. Tämä tapahtuu, koska kaikki nesteeseen syötetty energia kuluu sen muuntamiseen höyryksi.

Missä olosuhteissa kiehuminen alkaa?

Neste sisältää aina liuenneita kaasuja, joita vapautuu astian pohjalle ja seinämille sekä nesteeseen suspendoituneille pölyhiukkasille, jotka ovat höyrystymiskeskuksia. Kuplien sisällä olevat nestehöyryt ovat kylläisiä. Lämpötilan noustessa kylläisen höyryn paine kasvaa ja kuplien koko kasvaa. Kelluvan voiman vaikutuksesta ne kelluvat ylöspäin. Jos ylemmissä nestekerroksissa on enemmän matala lämpötila, silloin näissä kerroksissa tapahtuu höyryn kondensaatiota kuplien muodossa. Paine laskee nopeasti ja kuplat romahtavat. Romahdus tapahtuu niin nopeasti, että kuplan seinämät törmäävät ja aiheuttavat jotain räjähdyksen kaltaista. Monet tällaiset mikroräjähdykset luovat ominaista melua. Kun neste lämpenee tarpeeksi, kuplat lakkaavat romahtamasta ja kelluvat pintaan. Neste kiehuu. Tarkkaile kattilaa liedellä huolellisesti. Huomaat, että se melkein lopettaa melun ennen kuin se kiehuu.

Kyllästetyn höyryn paineen riippuvuus lämpötilasta selittää, miksi nesteen kiehumispiste riippuu sen pinnalla olevasta paineesta. Höyrykupla voi kasvaa, kun sen sisällä olevan kylläisen höyryn paine ylittää hieman nesteen paineen, joka on nesteen pinnalla olevan ilmanpaineen (ulkoinen paine) ja nestepatsaan hydrostaattisen paineen summa.

Kiehuminen alkaa lämpötilasta, jossa kylläisen höyryn paine kuplissa on yhtä suuri kuin nesteen paine.

Mitä suurempi ulkoinen paine, sitä korkeampi kiehumispiste.

Ja päinvastoin, alentamalla ulkoista painetta alennamme siten kiehumispistettä. Pumppaamalla ilmaa ja vesihöyryä ulos pullosta saat veden kiehumaan huoneenlämpötilassa.

Jokaisella nesteellä on oma kiehumispiste (joka pysyy vakiona, kunnes kaikki neste on kiehunut pois), joka riippuu sen kylläisen höyryn paineesta. Mitä korkeampi tyydyttyneen höyryn paine, sitä matalampi on nesteen kiehumispiste.

Höyrystyksen ominaislämpö.

Kiehuminen tapahtuu lämmön imeytyessä.

Suurin osa toimitetusta lämmöstä kuluu aineen hiukkasten välisten sidosten katkaisemiseen, loput - höyryn laajenemisen aikana tehtyyn työhön.

Tämän seurauksena höyryhiukkasten välinen vuorovaikutusenergia tulee suuremmaksi kuin nestemäisten hiukkasten välillä, joten höyryn sisäinen energia on suurempi kuin nesteen sisäinen energia samassa lämpötilassa.

Lämpömäärä, joka tarvitaan nesteen muuntamiseen höyryksi kiehumisprosessin aikana, voidaan laskea kaavalla:

missä m on nesteen massa (kg),

L - ominaishöyrystyslämpö (J/kg)

Höyrystymisominaislämpö osoittaa, kuinka paljon lämpöä tarvitaan, jotta 1 kg tiettyä ainetta muunnetaan höyryksi kiehumispisteessä. Höyrystyslämmön yksikkö SI-järjestelmässä:

[L] = 1 J/kg

Ilmankosteus ja sen mittaus.

Ilmassa ympärillämme on lähes aina jonkin verran vesihöyryä. Ilman kosteus riippuu sen sisältämän vesihöyryn määrästä.

Kostea ilma sisältää enemmän vesimolekyylejä kuin kuiva ilma.

Suuri merkitys suhteellinen kosteus ilma, josta viestejä kuullaan joka päivä sääennusteissa.

NOIN
Suhteellinen kosteus on ilmassa olevan vesihöyryn tiheyden suhde tyydyttyneen höyryn tiheyteen tietyssä lämpötilassa prosentteina ilmaistuna. (näyttää kuinka lähellä ilmassa oleva vesihöyry on kylläisyyttä)

kastepiste

Ilman kuivuus tai kosteus riippuu siitä, kuinka lähellä sen vesihöyry on kylläisyyttä.

Jos kosteaa ilmaa jäähdytetään, siinä oleva höyry voidaan kyllästää, jolloin se tiivistyy.

Merkki siitä, että höyry on kyllästynyt, on kondensoituneen nesteen - kasteen - ensimmäisten pisaroiden ilmestyminen.

Lämpötilaa, jossa ilman höyry kyllästyy, kutsutaan kastepisteeksi.

Kastepiste luonnehtii myös ilmankosteutta.

Esimerkkejä: aamulla putoava kaste, kylmän lasin huurtuminen, jos hengität siihen, vesipisaran muodostuminen kylmävesiputkeen, kosteus talojen kellareissa.

Ilman kosteuden mittaamiseen käytetään mittalaitteita - kosteusmittareita. Kosteusmittareita on useita tyyppejä, mutta tärkeimmät ovat hius- ja psykrometriset. Koska ilman vesihöyrynpainetta on vaikea mitata suoraan, suhteellinen kosteus mitataan epäsuorasti.

Tiedetään, että haihtumisnopeus riippuu ilman suhteellisesta kosteudesta. Mitä alhaisempi ilmankosteus, sitä helpommin kosteus haihtuu.

SISÄÄN Psykrometrissä on kaksi lämpömittaria. Yksi on tavallinen, sitä kutsutaan kuivaksi. Se mittaa ympäröivän ilman lämpötilaa. Toisen lämpömittarin sipuli kääritään kangassydämen sisään ja asetetaan vesisäiliöön. Toinen lämpömittari ei näytä ilman lämpötilaa, vaan märän sydämen lämpötilaa, mistä johtuu nimi märkä lämpömittari. Mitä pienempi ilmankosteus, sitä voimakkaammin kosteus haihtuu sydämen sydämestä, mitä suurempi määrä lämpöä aikayksikköä kohden poistuu kostutetusta lämpömittarista, sitä pienemmät sen lukemat ovat, joten sitä suurempi on kuiva- ja lämpömittarin lukemien ero. kostutetut lämpömittarit kylläisyys = 100 °C ja tilan erityisominaisuudet rikas nestemäinen ja kuiva rikas pari v"=0,001 v""=1,7 ... märkä kylläinen höyryä kuivausasteen kanssa Laskemme märän laajat ominaisuudet rikas pari Tekijä...

Kun lämpötila nousee, paine kasvaa. Koska Tyydyttyneen höyryn paine ei riipu tilavuudesta, joten se riippuu vain lämpötilasta.
Riippuvuus kuitenkin r n.p. alkaen T kokeellisesti löydetty, ei ole suoraan verrannollinen, kuten ihanteellisen kaasun vakiotilavuudessa. Lämpötilan noustessa todellisen kylläisen höyryn paine kasvaa nopeammin kuin ihanteellisen kaasun paine ( Kuva 11.1, osa käyrää AB). Tämä käy ilmi, jos piirretään ideaalikaasun isokooreja pisteiden läpi A Ja SISÄÄN(katkoviivat). Miksi tämä tapahtuu?

Kun nestettä kuumennetaan suljetussa astiassa, osa nesteestä muuttuu höyryksi. Tämän seurauksena kaavan (11.1) mukaan kylläisen höyryn paine ei kasva vain nesteen lämpötilan nousun vuoksi, vaan myös höyryn molekyylipitoisuuden (tiheyden) lisääntymisen vuoksi. Pohjimmiltaan paineen nousu lämpötilan noustessa määräytyy juuri pitoisuuden kasvun perusteella. Suurin ero ihanteellisen kaasun ja kylläisen höyryn käyttäytymisessä on se, että kun höyryn lämpötila suljetussa astiassa muuttuu (tai tilavuuden muuttuessa vakiolämpötilassa), höyryn massa muuttuu. Neste muuttuu osittain höyryksi tai päinvastoin höyry osittain kondensoituu. Mitään tällaista ei tapahdu ihanteellisen kaasun kanssa.
Kun kaikki neste on haihtunut, höyry lakkaa kyllästymästä edelleen kuumennettaessa ja sen paine vakiotilavuudessa kasvaa suoraan suhteessa absoluuttiseen lämpötilaan (katso. Kuva 11.1, osa käyrää Aurinko).
Kiehuva. Nesteen lämpötilan noustessa haihtumisnopeus kasvaa. Lopulta neste alkaa kiehua. Keitettäessä nesteen koko tilavuuteen muodostuu nopeasti kasvavia höyrykuplia, jotka kelluvat pintaan. Nesteen kiehumispiste pysyy vakiona. Tämä tapahtuu, koska kaikki nesteeseen syötetty energia kuluu sen muuntamiseen höyryksi. Missä olosuhteissa kiehuminen alkaa?
Neste sisältää aina liuenneita kaasuja, joita vapautuu astian pohjalle ja seinämille sekä nesteeseen suspendoituneille pölyhiukkasille, jotka ovat höyrystymiskeskuksia. Kuplien sisällä olevat nestehöyryt ovat kylläisiä. Lämpötilan noustessa kylläisen höyryn paine kasvaa ja kuplien koko kasvaa. Kelluvan voiman vaikutuksesta ne kelluvat ylöspäin. Jos nesteen ylemmillä kerroksilla on alhaisempi lämpötila, näissä kerroksissa tapahtuu höyryn kondensaatiota kuplina. Paine laskee nopeasti ja kuplat romahtavat. Romahdus tapahtuu niin nopeasti, että kuplan seinämät törmäävät ja aiheuttavat jotain räjähdyksen kaltaista. Monet tällaiset mikroräjähdykset luovat ominaista melua. Kun neste lämpenee tarpeeksi, kuplat lakkaavat romahtamasta ja kelluvat pintaan. Neste kiehuu. Tarkkaile kattilaa liedellä huolellisesti. Huomaat, että se melkein lopettaa melun ennen kuin se kiehuu.
Kyllästetyn höyryn paineen riippuvuus lämpötilasta selittää, miksi nesteen kiehumispiste riippuu sen pinnalla olevasta paineesta. Höyrykupla voi kasvaa, kun sen sisällä olevan kylläisen höyryn paine ylittää hieman nesteen paineen, joka on nesteen pinnalla olevan ilmanpaineen (ulkoinen paine) ja nestepatsaan hydrostaattisen paineen summa.
Kiinnitetään huomiota siihen, että nesteen haihtuminen tapahtuu kiehumispisteen alapuolella olevissa lämpötiloissa ja vain nesteen pinnalta, kiehumisen aikana höyryn muodostumista tapahtuu koko nesteen tilavuudessa.
Kiehuminen alkaa lämpötilasta, jossa kylläisen höyryn paine kuplissa on yhtä suuri kuin nesteen paine.
Mitä suurempi ulkoinen paine, sitä korkeampi kiehumispiste. Siten höyrykattilassa, jonka paine on 1,6 10 6 Pa, vesi ei kiehu edes 200 ° C: n lämpötilassa. Lääketieteellisissä laitoksissa hermeettisesti suljetuissa astioissa - autoklaaveissa ( Kuva 11.2) veden kiehumista tapahtuu myös korotetussa paineessa. Siksi nesteen kiehumispiste on paljon korkeampi kuin 100 °C. Autoklaaveja käytetään kirurgisten instrumenttien jne. sterilointiin.

Ja päinvastoin, alentamalla ulkoista painetta alennamme siten kiehumispistettä. Pumppaamalla ilmaa ja vesihöyryä ulos pullosta saat veden kiehumaan huoneenlämpöiseksi ( Kuva 11.3). Kun kiipeää vuorille Ilmakehän paine laskee, joten kiehumispiste laskee. 7134 metrin korkeudessa (Leninin huippu Pamirissa) paine on noin 4 10 4 Pa ​​(300 mm Hg). Vesi kiehuu siellä noin 70°C:ssa. Lihan kypsentäminen näissä olosuhteissa on mahdotonta.

Jokaisella nesteellä on oma kiehumispisteensä, joka riippuu sen kylläisen höyryn paineesta. Mitä korkeampi on kylläisen höyryn paine, sitä matalampi on nesteen kiehumispiste, koska alemmissa lämpötiloissa kylläisen höyryn paine tulee yhtä suureksi kuin ilmakehän paine. Esimerkiksi 100 °C:n kiehumispisteessä veden kylläisen höyryn paine on 101 325 Pa (760 mm Hg) ja elohopeahöyryn paine on vain 117 Pa (0,88 mm Hg). Elohopea kiehuu 357 °C:n lämpötilassa normaalipaineessa.
Neste kiehuu, kun sen kylläisen höyryn paine tulee yhtä suureksi kuin nesteen sisällä oleva paine.

Ja mitä kylläiselle höyrylle tapahtuu, jos sen varaama tilavuus pienenee? Jos esimerkiksi puristat nesteen kanssa tasapainossa olevaa höyryä sylinterissä männän alla, jolloin sylinterin sisällön lämpötila pysyy vakiona.

Kun höyryä puristetaan, tasapaino alkaa häiriintyä. Aluksi höyryn tiheys kasvaa hieman, ja suurempi määrä molekyylejä alkaa liikkua kaasusta nesteeksi kuin nesteestä kaasuun. Loppujen lopuksi nesteestä poistuvien molekyylien määrä aikayksikköä kohti riippuu vain lämpötilasta, eikä höyryn puristus muuta tätä määrää. Prosessi jatkuu, kunnes dynaaminen tasapaino ja höyryntiheys palautuvat, ja siksi sen molekyylien pitoisuus saa aikaisemman arvonsa. Siksi, tyydyttyneiden höyrymolekyylien pitoisuus vakiolämpötilassa ei riipu sen tilavuudesta.

Koska paine on verrannollinen molekyylien pitoisuuteen (s = nkT), sitten tästä määritelmästä seuraa, että kylläisen höyryn paine ei riipuot sen varaamasta tilavuudesta.

Höyryn paine, jossa neste on tasapainossa höyrynsä kanssa, kutsutaan kylläiseksi höyrynpaineeksi.

• Tyydyttymätön höyry.

Olemme käyttäneet sanoja monta kertaa kaasua Ja höyryä. Kaasun ja höyryn välillä ei ole perustavanlaatuista eroa. Mutta jos vakiolämpötilassa kaasu voidaan muuttaa nesteeksi yksinkertaisella puristamalla, kutsumme sitä höyryksi tai tarkemmin tyydyttymätöntä höyryä.

• Kyllästetyn höyryn paineen riippuvuus lämpötilasta.

Kylläisen höyryn tila, kuten kokemus sanoo, kuvataan likimäärin ihanteellisen kaasun tilayhtälöllä ja sen paine määräytyy kaavalla

Kun lämpötila nousee, paine kasvaa. Koska d Paine kyllästynythöyry ei riipu tilavuudesta,se vain riippuulämpötilassa.

Tämä riippuvuus kuitenkin suu), kokeellisesti löydetty ei ole suoraan verrannollinen, kuten ihanteellisen kaasun vakiotilavuudessa. Lämpötilan noustessa kylläisen höyryn paine kasvaa nopeammin kuin ihanteellisen kaasun paine (kuva 30, käyrän leikkaus AB). Tämä tulee erityisen ilmeiseksi, jos piirretään isokori pisteen läpi A(katkoviiva) Miksi näin tapahtuu?

Kun nestettä kuumennetaan suljetussa astiassa, osa nesteestä muuttuu höyryksi. Tuloksena kaavan mukaan
paine kylläinen höyry kasvaa paitsi lämpötilan nousun vuoksi nesteitä, mutta myös lisääntyneen molekyylien pitoisuus (tiheys ness) pari . Pohjimmiltaan paineen nousu lämpötilan noustessa määräytyy juuri pitoisuuden kasvun perusteella. Suurin ero ihanteellisen kaasun ja kylläisen höyryn käyttäytymisessä on se, että kun höyryn lämpötila suljetussa astiassa muuttuu (tai tilavuuden muuttuessa vakiolämpötilassa), höyryn massa muuttuu. Neste muuttuu osittain höyryksi tai päinvastoin höyry osittain kondensoituu. Kun kaikki neste on haihtunut, höyry lakkaa kyllästymästä edelleen kuumennettaessa ja sen paine vakiotilavuudessa kasvaa suoraan suhteessa absoluuttiseen lämpötilaan (ks. kuva 30, kohta). Aurinko).

Haihtumis- ja kondensaatioprosessit tapahtuvat jatkuvasti ja rinnakkain.

Avoimessa astiassa nesteen määrä vähenee ajan myötä, koska haihtuminen hallitsee kondensaatiota.

Höyryä, joka esiintyy nesteen pinnan yläpuolella, kun haihtuminen voittaa kondensaatiota tai höyryä nesteen puuttuessa, kutsutaan ns. tyydyttymätön.

Hermeettisesti suljetussa astiassa nestetaso ei muutu ajan myötä, koska haihtuminen ja kondensaatio kompensoivat toisiaan: kun nesteestä lentää monta molekyyliä, sama määrä niitä palaa siihen samaan aikaan, ja höyryn ja sen nesteen välillä syntyy dynaaminen (liikkuva) tasapaino.

Höyryä, joka on dynaamisessa tasapainossa nesteensä kanssa, kutsutaan kylläinen.

Tietyssä lämpötilassa minkä tahansa nesteen kylläisellä höyryllä on suurin tiheys ( ) ja luo maksimaalisen paineen ( ), jota tämän nesteen höyryllä voi olla tässä lämpötilassa.

Kyllästetyn höyryn paine ja tiheys samassa lämpötilassa riippuvat ainetyypistä: suurempi paine synnyttää nesteestä kylläistä höyryä, joka haihtuu nopeammin. Esimerkiksi ja

Tyydyttymättömien höyryjen ominaisuudet: Tyydyttymättömät höyryt noudattavat Boylen - Mariotten, Gay-Lussacin, Charlesin - kaasulakeja ja niihin voidaan soveltaa ihanteellisen kaasun tilayhtälöä.

Tyydyttyneiden höyryjen ominaisuudet:1. Vakiotilavuudessa lämpötilan noustessa kylläisen höyryn paine kasvaa, mutta ei suoraan verrannollisesti (Charlesin laki ei täyty), paine kasvaa nopeammin kuin ihanteellisen kaasun paine. , lämpötilan noustessa ( ) , höyryn massa kasvaa ja siksi höyrymolekyylien pitoisuus kasvaa () ja kylläisen höyryn paine sulaa kahdesta syystä (

3 1 – tyydyttymätön höyry (ihanteellinen kaasu);

2 2 - kylläinen höyry; 3 – tyydyttymätön höyry,

1 saatu kyllästetystä höyrystä samassa

Äänenvoimakkuus kuumennettaessa.

2. Kyllästetyn höyryn paine vakiolämpötilassa ei riipu sen varaamasta tilavuudesta.

Tilavuuden kasvaessa höyryn massa kasvaa ja nesteen massa pienenee (osa nesteestä muuttuu höyryksi); tilavuuden pienentyessä höyrystä tulee vähemmän ja nesteestä tulee suurempi (osa höyrystä muuttuu neste), kun taas tyydyttyneen höyryn molekyylien tiheys ja pitoisuus pysyvät vakioina, joten paine pysyy vakiona ().

nestettä

(istui. höyry + neste)

Tyydyttymätön höyryä

Tyydyttyneet höyryt eivät noudata Boylen kaasulakeja - Mariotte, Gay-Lussac, Charles, koska Höyryn massa prosesseissa ei pysy vakiona, ja kaikki kaasulakit saatiin vakiomassalle. Ihanteellisen kaasun tilayhtälöä voidaan soveltaa kylläiseen höyryyn.

Niin, kylläinen höyry voidaan muuttaa tyydyttymättömäksi höyryksi joko kuumentamalla sitä vakiotilavuudessa tai lisäämällä sen tilavuutta vakiolämpötilassa. Tyydyttymätön höyry voidaan muuttaa kylläiseksi höyryksi joko jäähdyttämällä sitä vakiotilavuudella tai puristamalla sitä vakiolämpötilassa.

Kriittinen tila

Nesteen vapaan pinnan olemassaolo mahdollistaa sen osoittamisen, missä aineen nestefaasi sijaitsee ja missä kaasufaasi. Terävä ero nesteen ja sen höyryn välillä selittyy sillä, että nesteen tiheys on monta kertaa suurempi kuin höyryn. Jos lämmität nestettä hermeettisesti suljetussa astiassa, sen tiheys pienenee laajenemisen vuoksi ja sen yläpuolella olevan höyryn tiheys kasvaa. Tämä tarkoittaa, että nesteen ja sen kylläisen höyryn välinen ero tasoittuu ja riittävän korkeassa lämpötilassa katoaa kokonaan. Lämpötila, jossa erot fyysiset ominaisuudet nesteen ja sen kylläisen höyryn välillä, ja niiden tiheydet tulevat yhtä suureksi, kutsutaankriittinen lämpötila.

Kriittinen piste

Jotta kaasusta muodostuisi nestettä, molekyylien keskimääräisen vetovoiman on oltava suurempi kuin niiden keskimääräinen kineettinen energia.

Kriittinen lämpötila – Maksimilämpötila, jossa höyry muuttuu nesteeksi. Kriittinen lämpötila riippuu molekyylien välisen vuorovaikutuksen potentiaalienergiasta ja on siksi erilainen eri kaasuille. Vesimolekyylien voimakkaan vuorovaikutuksen ansiosta vesihöyry voi muuttua vedeksi jopa . Samaan aikaan typen nesteytys tapahtuu vain alle = -147˚ lämpötilassa, koska typpimolekyylit vuorovaikuttavat heikosti toistensa kanssa.

Toinen makroskooppinen parametri, joka vaikuttaa höyry-neste-siirtymään, on paine. Kun ulkoinen paine kaasun puristuksen aikana kasvaa, hiukkasten välinen keskimääräinen etäisyys pienenee, niiden välinen vetovoima kasvaa ja vastaavasti niiden vuorovaikutuksen keskimääräinen potentiaalienergia kasvaa.

PaineKyllästettyä höyryä sen kriittisessä lämpötilassa kutsutaan kriittinen. Tämä on tietyn aineen korkein mahdollinen tyydyttyneen höyryn paine.

aineen tila kriittisten parametrien kanssa kutsutaan kriittinen(Kriittinen piste) . Jokaisella aineella on oma kriittinen lämpötilansa ja paineensa.

Kriittisessä tilassa nesteen ominaishöyrystyslämpö ja pintajännityskerroin katoavat. Kriittistä korkeammissa lämpötiloissa, jopa erittäin korkeissa paineissa, kaasun muuttuminen nesteeksi on mahdotonta, ts. Nestettä ei voi olla kriittisen lämpötilan yläpuolella. Ylikriittisissä lämpötiloissa vain aineen höyrytila ​​on mahdollinen.

Kaasujen nesteyttäminen on mahdollista vain kriittisen lämpötilan alapuolella olevissa lämpötiloissa. Nesteytymistä varten kaasut jäähdytetään kriittiseen lämpötilaan, esimerkiksi adiabaattisen laajenemisen avulla, ja puristetaan sitten isotermisesti.

Kiehuva

Ulkoisesti ilmiö näyttää tältä: Nopeasti kasvavat kuplat nousevat koko nestetilavuudesta pintaan, puhkeavat pinnalle ja höyryä vapautuu ympäristöön.

MKT selittää keittämisen seuraavasti: Nesteessä on aina ilmakuplia, joissa tapahtuu haihtumista. Kuplien suljettu tilavuus osoittautuu täytetyksi paitsi ilmalla, myös kylläisellä höyryllä. Kun nestettä kuumennetaan, kylläisen höyryn paine niissä kasvaa nopeammin kuin ilmanpaine. Kun riittävän kuumennetussa nesteessä kuplien kylläisen höyryn paine kasvaa ulkoista painetta suuremmaksi, niiden tilavuus kasvaa ja niiden painovoiman ylittävä kelluva voima nostaa kuplat pintaan. Kelluvat kuplat alkavat räjähtää, kun niissä olevan kylläisen höyryn paine ylittää tietyssä lämpötilassa nesteen yläpuolella olevan paineen. Nesteen lämpötilaa, jossa sen kylläisen höyryn paine kuplissa on yhtä suuri tai suurempi kuin nesteeseen kohdistuva ulkoinen paine, kutsutaan ns. kiehumispiste.

Eri nesteiden kiehumispiste on erilainen, koska niiden kuplien kyllästetyn höyryn painetta verrataan samaan ulkoiseen paineeseen eri lämpötiloissa. Esimerkiksi tyydyttyneen höyryn paine kuplissa on yhtä suuri kuin normaali ilmakehän paine, kun vesi on 100 ˚C, elohopealla 357 ˚C, alkoholilla 78 ˚C ja eetterillä 35 ˚C.

Kiehumispiste pysyy vakiona kiehumisprosessin aikana, koska kaikki kuumennettuun nesteeseen syötetty lämpö kuluu höyrystymiseen.

Kiehumispiste riippuu nesteeseen kohdistuvasta ulkoisesta paineesta: paineen noustessa lämpötila nousee; Kun paine laskee, lämpötila laskee. Esimerkiksi 5 km:n korkeudessa merenpinnan yläpuolella, jossa paine on 2 kertaa ilmakehän painetta alhaisempi, veden kiehumispiste on 83˚C, höyrykoneiden kattiloissa, joissa höyrynpaine on 15 atm. (), veden lämpötila on noin 200˚С.

Ilman kosteus

Ilmassa on aina vesihöyryä, joten voidaan puhua ilmankosteudesta, jolle on tunnusomaista seuraavat arvot:

1.Absoluuttinen kosteus on vesihöyryn tiheys ilmassa (tai paine, jonka tämä höyry luo (.

Absoluuttinen kosteus ei anna käsitystä ilman kyllästymisasteesta vesihöyryllä. Sama määrä vesihöyryä klo eri lämpötiloja luo erilaisen kosteuden tunteen.

2.Suhteellinen kosteus- on ilmassa tietyssä lämpötilassa olevan vesihöyryn tiheyden (paineen) suhde tyydyttyneen höyryn tiheyteen (paineeseen) samassa lämpötilassa : tai

– absoluuttinen kosteus tietyssä lämpötilassa; - tiheys, kylläisen höyryn paine samassa lämpötilassa. Kyllästetyn vesihöyryn tiheys ja paine missä tahansa lämpötilassa löytyvät taulukosta. Taulukko osoittaa, että mitä korkeampi ilman lämpötila, sitä suurempi on vesihöyryn tiheys ja paine ilmassa, jotta se kyllästyy.

Kun tiedät suhteellisen kosteuden, voit ymmärtää, kuinka suurella prosentilla ilmassa oleva vesihöyry tietyssä lämpötilassa on kaukana kyllästymisestä. Jos ilmassa oleva höyry on kyllästynyt, niin . Jos , silloin ilmassa ei ole tarpeeksi höyryä kylläisyyden saavuttamiseksi.

Se, että ilmassa oleva höyry kyllästyy, arvioidaan kosteuden esiintymisen perusteella sumun tai kasteen muodossa. Lämpötilaa, jossa ilmassa oleva vesihöyry kyllästyy, kutsutaan kastepiste.

Ilmassa oleva höyry voidaan kyllästää lisäämällä höyryä nesteen lisähaihduttamalla ilman lämpötilaa muuttamatta, tai jos ilmassa on jonkin verran höyryä, alentaa sen lämpötilaa.

Normaali suhteellinen kosteus, ihmisille edullisin, on 40 - 60 %. Hyvin tärkeä hänellä on tietoa kosteudesta meteorologiassa sään ennustamista varten. Kudonta- ja makeisten valmistuksessa vaaditaan tietty kosteus prosessin normaalia kulkua varten. Taideteosten ja kirjojen säilyttäminen edellyttää ilmankosteuden ylläpitämistä vaaditulla tasolla.

Laitteet kosteuden määrittämiseen:

1. Kondensaatiokosteusmittari (voit määrittää kastepisteen).

2. Hiusten kosteusmittari (toimintaperiaate perustuu rasvattomien hiusten pituuden riippuvuuteen kosteudesta) mittaa suhteellisen kosteuden prosentteina.

3. Psykrometri koostuu kahdesta lämpömittarista, kuivasta ja kostutetusta. Kostutetun lämpömittarin säiliö on kääritty veteen kastettuun liinaan. Kankaasta haihtumisen vuoksi kostutetun lämpötila on alhaisempi kuin kuivan. Lämpömittarin lukemien ero riippuu ympäröivän ilman kosteudesta: mitä kuivempi ilma on, mitä voimakkaammin kankaasta haihtuu, sitä suurempi ero lämpömittarin lukemissa ja päinvastoin. Jos ilmankosteus on 100 %, lämpömittarin lukemat ovat samat, ts. lukemien ero on 0. Kosteuden määrittämiseen psykrometrillä käytetään psykrometristä taulukkoa.

Sulaminen ja kiteytyminen

Kun sulaa kiinteässä kappaleessa kidehilan muodostavien hiukkasten välinen etäisyys kasvaa ja itse hila tuhoutuu. Sulamisprosessi vaatii energiaa. Kun kiinteää kappaletta kuumennetaan, värähtelevien molekyylien kineettinen energia kasvaa ja vastaavasti niiden värähtelyjen amplitudi. Tietyssä lämpötilassa ns sulamispiste, hiukkasten järjestys kiteissä häiriintyy, kiteet menettävät muotonsa. Aine sulaa muuttuen kiinteästä tilasta nestemäiseksi.

Kiteytymisen jälkeen Molekyylit yhdistyvät muodostaen kidehilan. Kiteytyminen voi tapahtua vain, kun neste vapauttaa energiaa. Kun sula aine jäähtyy, molekyylien keskimääräinen kineettinen energia ja nopeus pienenevät. Houkuttelevat voimat voivat pitää hiukkaset lähellä niiden tasapainoasemaa. Tietyssä lämpötilassa ns jähmettymislämpötila (kiteytys), kaikki molekyylit ovat stabiilissa tasapainotilassa, niiden järjestely tulee järjestykseen - muodostuu kide.

Kiinteän aineen sulaminen tapahtuu samassa lämpötilassa, jossa aine jähmettyy

Jokaisella aineella on oma sulamispisteensä. Esimerkiksi heliumin sulamispiste on -269,6 ˚C, elohopean -38,9 ˚C ja kuparin 1083 ˚C.

Sulamisprosessin aikana lämpötila pysyy vakiona. Ulkopuolelta tulevaa lämpöä käytetään kidehilan tuhoamiseen.

Kovetuksen aikana, vaikka lämpö poistetaan, lämpötila ei muutu. Kiteytymisen aikana vapautuva energia kuluu tasaisen lämpötilan ylläpitämiseen.

Kunnes koko aine sulaa tai koko aine kovettuu, ts. Niin kauan kuin aineen kiinteä ja nestefaasi ovat yhdessä, lämpötila ei muutu.

TV+neste neste + tv

, missä on lämmön määrä, - aineen kiteytymisen aikana vapautuvan aineen sulamiseen tarvittava lämpömäärä massasta

- spesifinen sulamislämpö– 1 kg:n painoisen aineen sulamiseen sen sulamispisteessä tarvittava lämpömäärä.

Kuinka paljon lämpöä kuluu tietyn aineen massan sulamisen aikana, saman verran lämpöä vapautuu tämän massan kiteytymisen aikana.

Kutsutaan myös ominaiskiteytyslämpö.

Sulamispisteessä nestemäisen aineen sisäinen energia on suurempi kuin saman aineen sisäenergia kiinteässä tilassa.

Suurelle määrälle aineita sulaessa tilavuus kasvaa ja tiheys pienenee. Kovetettaessa tilavuus päinvastoin pienenee ja tiheys kasvaa. Esimerkiksi kiinteän naftaleenin kiteet uppoavat nestemäiseen naftaleeniin.

Jotkut aineet, kuten vismutti, jää, gallium, valurauta jne., puristuvat sulaessaan ja laajenevat jähmettyessään. Nämä poikkeamat yleissääntö selittyy rakenteellisilla ominaisuuksilla kristallihilat. Siksi vesi osoittautuu jäätä tiheämpi, jää kelluu vedessä. Veden laajeneminen jäätyessään johtaa kivien tuhoutumiseen.

Metallien tilavuuden muutoksella sulamisen ja jähmettymisen aikana on merkittävä merkitys valimossa.

Kokemus sen osoittaa ulkoisen paineen muutos kiinteään aineeseen heijastuu tämän aineen sulamispisteeseen. Niille aineille, jotka laajenevat sulamisen aikana, ulkoisen paineen nousu johtaa sulamislämpötilan nousuun, koska vaikeuttaa sulamisprosessia. Jos aineita puristetaan sulamisen aikana, ulkoisen paineen nousu johtaa niille sulamislämpötilan laskuun, koska auttaa sulamisprosessissa. Vain hyvin korkea suurennus paine muuttaa merkittävästi sulamispistettä. Esimerkiksi jään sulamislämpötilan alentamiseksi 1˚C painetta on nostettava 130 atm. Aineen sulamispistettä normaalissa ilmanpaineessa kutsutaan aineen sulamispiste.

Nesteiden haihtuminen. Tyydyttyneet ja tyydyttymättömät parit. Tyydyttyneen höyryn paine. Ilman kosteus.

Haihtuminen- höyrystyminen, joka tapahtuu missä tahansa lämpötilassa nesteen vapaalta pinnalta. Molekyylien kineettisen energian epätasainen jakautuminen klo lämpöliike johtaa siihen, että missä tahansa lämpötilassa joidenkin nestemolekyylien kineettinen energia tai kiinteä voi ylittää Mahdollinen energia niiden yhteydet muihin molekyyleihin. Lisää kineettinen energia molekyyleillä on suuri nopeus, ja kehon lämpötila riippuu sen molekyylien liikkumisnopeudesta, joten haihtumiseen liittyy nesteen jäähtyminen. Haihtumisnopeus riippuu: avoimesta pinta-alasta, lämpötilasta ja nesteen lähellä olevien molekyylien pitoisuudesta.

Tiivistyminen- aineen siirtymisprosessi kaasumaisesta tilasta nestemäiseen tilaan.

Nesteen haihtuminen suljetussa astiassa vakiolämpötilassa johtaa asteittaiseen kaasumaisessa tilassa olevan haihtuvan aineen molekyylien pitoisuuden lisääntymiseen. Jonkin ajan kuluttua haihdutuksen alkamisesta kaasumaisessa tilassa olevan aineen pitoisuus saavuttaa arvon, jossa nesteeseen palaavien molekyylien määrä tulee yhtä suureksi kuin nesteestä samana aikana poistuvien molekyylien määrä. Aineen haihtumis- ja kondensaatioprosessien välille muodostuu dynaaminen tasapaino. Kaasumaisessa tilassa olevaa ainetta, joka on dynaamisessa tasapainossa nesteen kanssa, kutsutaan kylläiseksi höyryksi. (Höyry on kokoelma molekyylejä, jotka poistuvat nesteestä haihtumisprosessin aikana.) Höyryä, jonka paine on alle tyydyttyneen, kutsutaan tyydyttymättömäksi.

Vesihöyryä ilmakehässä on jatkuvasti, koska vesi haihtuu jatkuvasti altaiden, maaperän ja kasvillisuuden pinnalta sekä ihmisten ja eläinten hengittämisestä. Siksi ilmakehän paine on kuivan ilman ja sen sisältämän vesihöyryn paineen summa. Vesihöyryn paine on suurin, kun ilma on kyllästetty höyryllä. Tyydyttynyt höyry, toisin kuin tyydyttymätön höyry, ei noudata ihanteellisen kaasun lakeja. Siten kylläisen höyryn paine ei riipu tilavuudesta, vaan riippuu lämpötilasta. Tätä riippuvuutta ei voida ilmaista yksinkertaisella kaavalla, joten tyydyttyneen höyryn paineen lämpötilariippuvuuden kokeelliseen tutkimukseen perustuen on koottu taulukoita, joista sen paine voidaan määrittää eri lämpötiloissa.

Ilmassa olevan vesihöyryn painetta tietyssä lämpötilassa kutsutaan absoluuttiseksi kosteudeksi tai vesihöyryn paineeksi. Koska höyrynpaine on verrannollinen molekyylien pitoisuuteen, voimme määrittää absoluuttinen kosteus ilmassa olevan vesihöyryn tiheydenä tietyssä lämpötilassa kilogrammoina kuutiometriä kohden (p).

Useimmat luonnossa havaitut ilmiöt, kuten haihtumisnopeus, kuivuminen erilaisia ​​aineita, kasvien kuihtumista, ei riipu ilmassa olevan vesihöyryn määrästä, vaan siitä, kuinka lähellä tämä määrä on kyllästymistä, eli suhteellisesta kosteudesta, joka kuvaa ilman vesihöyryn kyllästymisastetta. Matalissa lämpötiloissa ja korkea ilmankosteus Lämmönsiirto lisääntyy ja henkilö muuttuu hypotermiseksi. klo korkeita lämpötiloja ja kosteus, lämmönsiirto päinvastoin vähenee jyrkästi, mikä johtaa kehon ylikuumenemiseen. Ihmisille suotuisin ilmaston keskileveysasteilla on 40-60 % suhteellinen kosteus. Suhteellinen kosteus on ilmassa olevan vesihöyryn (tai paineen) tiheyden (tai paineen) suhde samassa lämpötilassa olevan vesihöyryn tiheyteen (tai paineeseen) prosentteina, ts.

Suhteellinen kosteus vaihtelee suuresti. Lisäksi suhteellisen kosteuden vuorokausivaihtelu on käänteinen päivittäinen kierto lämpötila. Päivän aikana lämpötilan noustessa ja siten kyllästyspaineen kasvaessa suhteellinen kosteus laskee ja yöllä se kasvaa. Sama määrä vesihöyryä voi joko kyllästää tai ei kyllästää ilmaa. Ilman lämpötilaa alentamalla siinä oleva höyry voidaan kyllästää. Kastepiste on lämpötila, jossa ilmassa oleva höyry kyllästyy. Kun kastepiste saavutetaan ilmassa tai esineissä, joiden kanssa se joutuu kosketuksiin, vesihöyry alkaa tiivistyä. Ilman kosteuden määrittämiseen käytetään kosteusmittareita ja psykrometrejä.