Тройная точка2
Можно создать условия, при которых пар, жидкость и твёрдое состояние могут попарно существовать в равновесии. Могут ли находиться в равновесии все три состояния? Такая точка на диаграмме давление – температура существует, её называют тройной.
Е
сли
поместить в закрытый сосуд, в котором
создан вакуум, при 0 °С воду с плавающим
льдом, то в свободное пространство
начнут поступать водяные (и «ледяные»)
пары.
При давлении 4,6 мм рт. ст. наступит состояние динамического равновесия, когда количество испарившихся молекул равно количеству сконденсировавших. Теперь три фазы ––лёд, вода и пар – будут в состоянии равновесия. Эта точка и есть тройная.
Соотношения между различными состояниями наглядно показывает диаграмма для воды, изображённая на рисунке.
Кривые на рисунке – это кривые равновесия между льдом и паром (кривая (в)), льдом и водой (кривая (а)), водой и паром (кривая (б)). По вертикали, как обычно, откладывается давление, по горизонтали – температура.
Три кривые пересекаются в тройной точке и делят диаграмму на три области: лёд, вода и водяной пар.
Диаграмма состояния позволяет дать ответ на вопрос, какое агрегатное состояние вещества достигается в равновесии при определённом давлении и определённой температуре.
Если в условия, соответствующие области «лёд» на графике, поместить воду или пар, то они станут льдом. Если для жидкости или твёрдого тела создать условия, соответствующие области «пар», то получится пар, а условия области «вода» приведут к тому, что пар будет конденсироваться, а лёд – плавиться.
Диаграмма существования фаз позволяет сразу же ответить на вопрос, что произойдет с веществом при нагревании или сжатии.
На рисунке изображены две такие линии, одна из них (линия (1)) – это нагревание при нормальном давлении. Линия лежит выше тройной точки. Поэтому она пересечёт сначала кривую плавления, а затем, за пределами чертежа, и кривую испарения. Лёд при нормальном давлении расплавится при температуре 0 °С, а образовавшаяся вода закипит при 100 °С.
Иначе будет обстоять дело для льда, нагреваемого при очень небольшом давлении, скажем, чуть ниже 4,6 мм рт. ст.
Процесс нагревания изобразится линией, идущей ниже тройной точки. Кривые плавления и кипения не пересекаются этой линией. При таком незначительном давлении нагревание приведёт к непосредственному переходу льда в пар, твёрдое вещество будет прямо превращаться в пар.
Что произойдет со льдом при температуре и давлении, заданных точкой Б на диаграмме состояния воды?
1) останется льдом
2) превратится в пар
3) превратится в жидкость
4) превратится частично в пар, частично в жидкость
Конец формы
Начало формы
Тройной точкой воды называют такие значения температуры и давления, при которых вода находится одновременно
1) только в жидком и газообразном состояния
2) только в твёрдом и газообразном состояниях
3) только в жидком и твёрдом состояниях
4) в твёрдом, жидком и газообразном состояниях
Конец формы
Какая(-ие) линия(-и) на диаграмме характеризует(-ют) процесс плавления? Ответ поясните.
Туман1
При определенных условиях водяные пары, находящиеся в воздухе, частично конденсируются, в результате чего и возникают водяные капельки тумана. Капельки воды имеют диаметр от 0,5 мкм до 100 мкм.
Возьмём сосуд, наполовину заполним водой и закроем крышкой. Наиболее быстрые молекулы воды, преодолев притяжение со стороны других молекул, выскакивают из воды и образуют пар над поверхностью воды. Этот процесс называется испарением воды. С другой стороны, молекулы водяного пара, сталкиваясь друг с другом и с другими молекулами воздуха, случайным образом могут оказаться у поверхности воды и перейти обратно в жидкость. Это конденсация пара. В конце концов, при данной температуре процессы испарения и конденсации взаимно компенсируются, то есть устанавливается состояние термодинамического равновесия. Водяной пар, находящийся в этом случае над поверхностью жидкости, называется насыщенным.
Если температуру повысить, то скорость испарения увеличивается и равновесие устанавливается при большей плотности водяного пара. Таким образом, плотность насыщенного пара возрастает с увеличением температуры (см. рисунок).
Рис. Зависимость плотности насыщенного водяного пара от температуры
Для возникновения тумана необходимо, чтобы пар стал не просто насыщенным, а пересыщенным. Водяной пар становится насыщенным (и пересыщенным) при достаточном охлаждении (процесс АВ) или в процессе дополнительного испарения воды (процесс АС). Соответственно, выпадающий туман называют туманом охлаждения и туманом испарения.
Второе условие, необходимое для образования тумана — это наличие ядер (центров) конденсации. Роль ядер могут играть ионы, мельчайшие капельки воды, пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения. Чем больше загрязнённость воздуха, тем большей плотностью отличаются туманы.
Какие туманы более плотные: в городе или в горных районах? Ответ поясните.
Конец формы
Начало формы
При каком процессе, указанном на графике, можно наблюдать туман испарения?
1) только АB
2) только АС
3) АB и АС
4) ни АB, ни АС
Конец формы
Начало формы
Из графика на рисунке видно, что при температуре 20 °С плотность насыщенного водяного пара равна 17,3 г/м3. Это означает, что при 20 °С
1) масса насыщенных паров воды в 1м3 воздуха составляет 17,3 г
2) в 17,3 м3воздуха находится 1 г насыщенного водяного пара
3) относительная влажность воздуха равна 17,3%
4) плотность воздуха равна 17,3 г/м3
Туман2
При определенных условиях водяные пары, находящиеся в воздухе, частично конденсируются, в результате чего и возникают водяные капельки тумана. Капельки воды имеют диаметр от 0,5 мкм до 100 мкм.
Возьмем сосуд, наполовину заполним водой и закроем крышкой. Наиболее быстрые молекулы воды, преодолев притяжение со стороны других молекул, выскакивают из воды и образуют пар над поверхностью воды. Этот процесс называется испарением воды. С другой стороны, молекулы водяного пара, сталкиваясь друг с другом и с другими молекулами воздуха, случайным образом могут оказаться у поверхности воды и перейти обратно в жидкость. Это конденсация пара. В конце концов, при данной температуре процессы испарения и конденсации взаимно компенсируются, то есть устанавливается состояние термодинамического равновесия. Водяной пар, находящийся в этом случае над поверхностью жидкости, называется насыщенным.
Если температуру повысить, то скорость испарения увеличивается и равновесие устанавливается при большей плотности водяного пара. Таким образом, плотность насыщенного пара возрастает с увеличением температуры (см. рисунок). Зависимость плотности насыщенного водяного пара от температуры
Для возникновения тумана необходимо, чтобы пар стал не просто насыщенным, а пересыщенным. Водяной пар становится насыщенным (и пересыщенным) при достаточном охлаждении (процесс АВ) или в процессе дополнительного испарения воды (процесс АС). Соответственно, выпадающий туман называют туманом охлаждения и туманом испарения.
Второе условие, необходимое для образования тумана — это наличие ядер (центров) конденсации. Роль ядер могут играть ионы, мельчайшие капельки воды, пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения. Чем больше загрязненность воздуха, тем большей плотностью отличаются туманы.
Из графика на рисунке видно, что при температуре 20°С плотность насыщенного водяного пара равна 17,3 г/м3. Это означает, что при 20°С
1) в 1м3 воздуха находится 17,3 г водяного пара
2) в 17,3 м3воздуха находится 1 г водяного пара
3) относительная влажность воздуха равна 17,3%
4) плотность воздуха равна 17,3 г/м3
Конец формы
Начало формы
Для каких процессов, указанных на рисунке, можно наблюдать туман испарения?
1) только АB
2) только АС
3) АB и АС
4) ни АB, ни АС