Тема 5.3. Властивості пари. (2 год.)

Мета: познайомити студентів з властивостями пари, дати визначення вологості повітря, показати будову та принцип дії приладів для визначення вологості повітря; розвивати пізнавальний інтерес, логічне мислення.

План.

1. Пароутворення і конденсація. Випаровування.

2. Властивості парів, що насичують простір.

3. Водяна пара в атмосфері. Вологість повітря.

4. Прилади для визначення вологості повітря.

Пароутворення і конденсація.

Відомо, що в природі існують реальні гази, властивості яких визначаються їх параметрами. Чим нижча температура газу і чим більший його тиск, тим помітнішою стає взаємодія між молекулами такого газу, а значить і помітнішою стає залежність його властивостей від роду цього газу. Газ за таких умов називають парою. При ще більшому зниженні температури і підвищенні тиску газ переходить у рідкий стан.

Перехід речовини з рідкого стану в газоподібний називається пароутворенням, а перехід речовини з газоподібного стану у рідкий – конденсацією.

Пароутворення, яке відбувається тільки з вільної поверхні рідини, що межує з газоподібним середовищем, називається випаровуванням.

Процес зміни стану речовини можливий лише при зміні її внутрішньої енергії. Тому при пароутворенні внутрішня енергія речовини зменшується, а при конденсації – зростає. Це означає, що при випаровуванні відбувається охолодження рідини, що випаровується, а при конденсації – підвищення температури рідини.

Коли вільна поверхня рідини в посудині межує з відкритою атмосферою, то випаровування переважає над конденсацією. При цьому рівень рідини в посудині зменшується. Якщо посудина герметично закрита, то рівень рідини не змінюється. Це означає, що процес випаровування в цих умовах повністю компенсується процесом конденсації пари. Інакше кажучи між парою і її рідиною є рівновага. При такій рівновазі кількість молекул, що покидають поверхню рідини дорівнює кількості молекул, що повертаються назад в рідину. Цю рівновагу називають рухомою або динамічною.

Пара, що перебуває в стані динамічної рівноваги зі своєю рідиною, називається парою, що насичує простір або насиченою парою.

Насичена пара при певній температурі має найбільшу густину ( _мах ) і найбільший тиск ( Р_мах ).

Ненасичена пара – це пара, яка перебуває над поверхнею рідини, коли випаровування переважає над конденсацією.

Ненасиченою також є пара без рідини. До ненасиченої пари можна застосовувати закони ідеальних газів, а до насиченої – не можна.

Пару з ненасиченого стану можна перевести у насичений або ізохорним охолодженням або ізотермічним стисканням, або одночасним охолодженням і стисканням.

Насичену пару переводять у ненасичену зохорним нагріванням або ізотермічним розширенням або обома способами одночасно.

Водяна пара і атмосфері. Вологість повітря.

Внаслідок постійного процесу випаровування води з поверхонь водойм, озер і океанів у повітрі завжди міститься водяна пара . Кількість пари у повітрі не скрізь однакова. Поблизу водойм вона більша, а над сушею – менша.

Вміст водяної пари у повітрі називається вологістю повітря.

Вологість впливає на стан атмосфери і процеси на Землі. Вологість повітря по можливості слід вимірювати і регулювати.

Розрізняють два види вологості повітря: абсолютну і відносну вологість.

Абсолютна вологість повітря чисельно рівна густині - _а^t ( тиску Р_а^t ) пари, що міститься в повітрі при даній температурі.

Щоб водяна пара, що є в повітрі при даній температурі, стала насиченою, її густина ( _н^t ) ( або тиск Р_н^t ) має бути більша від абсолютної вологості.

Тоді величина ( В ) , що показує процентний вміст пари у повітрі при даній температурі називається відносною вологістю повітря

B = ( _а^t / _н^t )*100

B = ( P_a^t / P _н^t )*100

Значення густин і тисків насиченої пари при різних температурах задається у довідникових таблицях.

Так як при охолодженні пара переходить в стан насичення, то пара в повітрі також стає насиченою при охолодженні.

Температура, при якій пара, що є в повітрі, стає насиченою, називається точкою роси - t_р.

При точці роси густина насиченої пари, що міститься в повітрі, рівна густині пари _а^t, що була в повітрі до охолодження. Тому

_н^{t р} = _а^t .

Тоді відносна вологість визначиться так B = ( _н^{t р} /_н^t )*100.

Розглянемо способи визначення відносної вологості повітря:

1) за відомою температурою середовища t^o і _а^t :

за табл.1 знаходимо _н^t для заданої температури;

за формулою B = ( _a^t / _н^t )*100 знаходимо відносну вологість повітря.

Прилади для визначення вологості повітря.

Для вимірювання відносної вологості повітря використовують гігрометри і психрометри.

Гігрометри бувають двох типів: волосяні і конденсаційні. Волосяний гігрометр працює на здатності обезжиреної волосини змінювати свою довжину при зміні вологості .

Конденсаційний гігрометр служить для визначення точки роси при випаровуванні ефіру. А відносну вологість знаходять за першим способом при відомій точці роси і відомій температурі повітря.

Вимірювання відносної вологості за допомогою психрометра зводиться до знаходження різниці температур двох термометрів (t ) – сухого ( t_c ) і вологого ( t_в ). Ця різниця ( t = t_с – t_в ) тим більша, чим сухіше повітря, так як при сухому повітрі інтенсивніше іде процес випаровування вологи з тканини, якою обмотаний вологий термометр. Потім за допомогою психрометричної таблиці визначається відносна вологість повітря.

Запитання для самоперевірки:

1. Що називають пароутворенням? Конденсацією? Випаровуванням? Парою?

2. Назвіть причини, від яких залежить швидкість випаровування рідини.

3. Як пояснити зниження температури рідини у результаті її випаровування?

4.Чи можуть випаровуватися тверді тіла?

5.Що таке сублімація? Наведіть приклади речовин, здатних до сублімації.

6.За якою формулою визначають кількість теплоти, витрачену на перетворення в пару довільної маси рідини і виділену під час конденсації пари в рідину?

7.Що називають питомою теплотою пароутворення?

8.Опишіть процес пароутворення в закритій посудині. Що таке динамічна рівновага?

9.Яку пару називають насиченою?

10.Чому тиск насиченої пари не залежить від об’єму, у якому вона знаходиться?

11.Зобразіть графічно і поясніть залежність тиску насиченої пари від температури за постійного об’єму.

12. Запишіть формулу залежності тиску насиченої пари від температури і поясніть її.

13. Що називають кипінням? Виконавши рисунок, поясніть фізичний процес кипіння.

14.Запишіть і поясніть умови кипіння рідини.

15. Від чого залежить температура кипіння рідини?

16.Чому під час кипіння температура рідини не змінюється?

17.Поясніть принцип дії швидковарки.

18.Що розуміють під вологістю повітря?

19.Що називають відносною вологістю повітря? Які формули виражають зміст цього поняття у фізиці і метеорології? У яких одиницях її виражають?

20. Відносна вологість повітря 70%. Що це означає?

21. Що називають точкою роси?

22.За допомогою яких приладів визначають вологість повітря?

23.Які суб’єктивні відчуття вологості повітря людиною?

24. Виконавши рисунок, поясніть будову і принцип дії психрометра.