Что такое насыщенный водяной пар

Водяной пар

Водяной пар.

Водяной пар – газообразное агрегатное состояние воды. Не имеет цвета, вкуса и запаха.

Водяной пар в воздухе, плотность водяного пара:

Водяной пар не имеет цвета, вкуса и запаха.

Водяной пар, как и вода, – это бинарное неорганическое соединение с химической формулой H₂O.

Молекула водяного пара, как и молекула воды, состоит из двух атомов водорода и одного – кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью.

Водяной пар легче и менее плотный, чем сухой воздух. Так, плотность сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па или 1 атм.) и температуре 0 °C составляет 1,292 кг/м 3 (или 0,001292 г/см 3 ), при температуре 20 °C – 1,2041 кг/м 3 (или 0,0012041 г/см 3 ). Плотность водяного пара при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па или 1 атм.) и температуре 0 °C составляет 0,803 кг/м 3 (или 0,000803 г/см 3 ), при температуре 20 °C – 0,749 кг/м 3 (или 0,000749 г/см 3 ).

Плотность водяного пара (m/V) находится с использованием уравнения Клайперона – Менделеева (уравнения состояния идеального газа):

R – универсальная газовая постоянная, R ≈ 8,314 Дж/(моль⋅К),

T – термодинамическая температура газа, К,

M – молярная масса газа,

m/V – плотность газа.

.

Насыщенный и ненасыщенный водяной пар. Влажный и сухой пар. Пересыщенный и перегретый пар:

Над поверхностью воды всегда есть водяные пары, которые образуются в результате ее испарения испарения. При этом из-за диффузии часть молекул пара возвращается обратно в жидкость.

Процесс испарения жидкости еще называется парообразованием. А обратный процесс превращения пара в жидкость – конденсацией. Эти два процесса иллюстрируют фазовый переход – процесс перехода веществ из одного агрегатного состояния в другое: из жидкого в газообразное и наоборот.

Если число молекул водяного пара, покидающих жидкость за единицу времени, больше числа молекул водяного пара, возвращающихся в жидкость обратно за тот же промежуток времени, то пар называется ненасыщенным.

Иными словами, ненасыщенный водяной пар – водяной пар, не достигший динамического равновесия (не термодинамического!) со своей жидкостью. При данной температуре давление ненасыщенного пара всегда меньше давления насыщенного пара. При наличии над поверхностью жидкости ненасыщенного пара процесс парообразования преобладает над процессом конденсации, и потому жидкости в сосуде с течением времени становится все меньше и меньше.

Если число молекул водяного пара, покидающих жидкость за единицу времени, равно числу молекул водяного пара, возвращающихся в жидкость за тот же промежуток времени, то пар называется насыщенным.

Иными словами, насыщенный водяной пар – водяной пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью: скорость испарения водяного пара равна скорости его конденсации. Такая ситуация возможна, если, например, ограничить объем над поверхностью воды.

Таким образом, в условиях динамического равновесия при определенной температуре в определенном объёме может находиться только определенное количество молекул пара. Во-вторых, в условиях динамического равновесия давление пара постоянно. Т.е. у насыщенного пара при одной и той же температуре большего давления и большей концентрации молекул пара достичь невозможно. Давление насыщенного пара имеет единственное значение, зависящее только от его температуры. Его значение при различных температурах можно найти в справочных таблицах.

Водяной пар обладает особенностью, заключающейся в том, что давление водяного пара не может превышать давление насыщенного водяного пара.

Перегретый пар обладает следующими основными свойствами и преимуществами:

– при одинаковом давлении с насыщенным паром имеет значительно бо́льшую температуру и теплосодержание;

– имеет больший удельный объём в сравнении с насыщенным паром, то есть объём 1 кг перегретого пара при том же давлении больше объема 1 кг насыщенного пара. Поэтому в паровых машинах для получения необходимой мощности перегретого пара по массе потребуется меньше, что даёт экономию в расходе воды и топлива;

– перегретый пар при охлаждении не конденсируется; конденсация при охлаждении наступает лишь тогда, когда температура перегретого пара станет ниже температуры насыщенного пара при данном давлении.

Образование водяного пара. Конденсация водяного пара:

Водяной пар может быть получен в результате испарения или кипения жидкой воды, а также в результате сублимации льда. При испарении пар образуется только на поверхности вещества, при кипении же пар образуется по всему объему жидкости.

В обычных атмосферных условиях водяной пар непрерывно образуется в результате испарения и конденсируется в жидкое состояние.

Кипение воды происходит при температурах, которые зависят от химического состава водного раствора и атмосферного давления.

При нормальном давлении окружающей среды 1 атм. (101,325 кПа) вода кипит при 100 °C. Температура кипения остается неизменной на протяжении всего процесса. Так, если в оставшуюся воду подается энергия (тепло), она испаряется без дальнейшего повышения температуры. Из 1 литра (соответственно 1 кг) воды образуется 1673 литра водяного пара (в нормальных условиях), для чего требуются затраты энергии 2257 кДж.

При поступлении водяного пара в воздух он, как и все другие газы, создаёт определённое давление, называемое парциальным. Парциальное давление (лат. partialis – «частичный» от pars – «часть») – давление отдельно взятого компонента газовой смеси. Общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений её компонентов.

Обратные образованию водяного пара процессы именуются конденсацией и десублимацией. Водяной пар будет конденсироваться на другую поверхность только тогда, когда эта поверхность будет более холодной, чем температура точки росы, или когда равновесие водяного пара в воздухе будет превышено.

В атмосфере конденсация водяного пара приводит к образованию облаков, тумана и осадков, а десублимация – снега.

Использование водяного пара:

Благодаря своим уникальным свойствам, водяной пар получил широкое распространение в разнообразной деятельности человека:

– в промышленности в качестве теплоносителя, рабочего тела в паровых машинах и турбинах,

– как очистительный агент при паровой очистке;

– в качестве огнетушащего вещества в системах паротушения;

– в кулинарии для приготовления блюд «на пару»;

– для стерилизации медицинских и микробиологических инструментов так называемым методом автоклавирования.

Источник

Что такое насыщенный водяной пар

называется пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью: скорость испарения равна скорости конденсации.

Давление и плотность насыщенного пара для данного вещества зависят от его температуры и увеличиваются при увеличении температуры.

Условие кипения жидкости – это условие роста пузырьков насыщенного пара в жидкости. Пузырёк может расти, если давление насыщенного пара внутри него будет не меньше внешнего давления. Итак,

жидкость кипит при той температуре, при которой давление её насыщенных паров равно внешнему давлению.

Приведём полезный пример.

Известно, что при нормальном атмосферном давлении `p_0

10^5 «Па»` вода кипит при `100^@»C»`. Это означает, что давление насыщенных паров воды при `100^@»C»` равно `p_0

Пары воды в атмосферном воздухе обычно ненасыщенные. Абсолютной влажностью воздуха называется плотность водяных паров `rho`. Относительной влажностью воздуха называется величина

Здесь `p` – парциальное давление паров воды при данной температуре в смеси воздух – пары воды, `p_»нас»` – парциальное давление насыщенных водяных паров при той же температуре. Опыт показывает, что `p_»нас»` зависит только от температуры и не зависит от плотности и состава воздуха.

Если пар считать идеальным газом, то `p=rho/muRT`, `p_»нас»=(rho_»нас»)/muRT`,

где `rho` и `rho_»нас»` – плотности ненасыщенного и насыщенного водяного пара, `mu=18 «г»//»моль»`. Деление одного уравнения на другое даёт `p/p_»нас»=rho/rho_»нас»`. Итак,

Воздух имеет температуру `60^@»C»` и абсолютную влажность `50 «г»//»м»^3`. Какой будет абсолютная влажность этого воздуха, если температура понизится до `10^@»C»`? Известно, что при `10^@»C»` давление насыщенного пара воды `p=1230 «Па»`.

При `10^@»C»` `(T=283 «К»)` плотность насыщенных паров воды

Эта величина меньше, чем `50 «г»//»м»^3`. Поэтому часть пара сконденсируется, и абсолютная влажность будет `9,4 «г»//»м»^3`.

Источник

Молекулярная физика. Насыщенные и ненасыщенные пары.

Насыщенный пар.

При испарении одновременно с переходом молекул из жидкости в пар происходит и обратный процесс. Беспорядочно двигаясь над поверхностью жидкости, часть молекул, покинувших ее, снова возвращается в жидкость.

Если испарение происходит в закрытом сосуде, то сначала число молекул, вылетевших из жидкости, будет больше числа молекул, возвратившихся обратно в жидкость. Поэтому плотность пара в сосуде будет постепенно увеличиваться. С увеличением плотности пара увеличивается и число молекул, возвращающихся в жидкость. Довольно скоро число молекул, вылетающих из жидкости, станет равным числу молекул пара, возвращающихся обратно в жидкость. С этого момента число молекул пара над жидкостью будет постоянным. Для воды при комнатной температу­ре это число приблизительно равно 10 22 молекул за 1 с на 1 см 2 площади поверхности. Наступает так называемое динамическое равновесие между паром и жидкостью.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Это означает, что в данном объеме при данной температуре не может находиться большее количество пара.

При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость продолжает испаряться. Точно так же не изменяется и масса насыщенного пара над этой жидкостью, хотя пар продолжает конденсироваться.

При сжатии насыщенного пара, температура которого под­держивается постоянной, равновесие сначала начнет нарушаться: плотность пара возрастет, и вследствие этого из газа в жидкость будет переходить больше молекул, чем из жидкости в газ; продолжаться это будет до тех пор, пока концентрация пара в новом объеме не станет прежней, соответствующей концентрации насыщенного пара при данной температуре (и равновесие восста­новится). Объясняется это тем, что число молекул, покидающих жидкость за единицу времени, зависит только от температуры.

Итак, концентрация молекул насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объема.

Поскольку давление газа пропорционально концентрации его молекул, то и давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объема. Давление р₀, при котором жидкость находит­ся в равновесии со своим паром, называют давлением насыщенного пара.

При сжатии насыщенного пара большая его часть переходит в жидкое состояние. Жидкость занимает меньший объем, чем пар той же массы. В результате объем пара при неизменной его плотности уменьшается.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры.

Для идеального газа справедлива линейная зависимость давления от температуры при постоянном объеме. Применительно к насыщенному пару с давлением р₀ эта зависимость выражается равенством:

Так как давление насыщенного пара не зависит от объема, то, следова­тельно, оно зависит только от температуры.

Экспериментально определенная зависимость p₀(T) отличается от зави­симости (p₀=nkT) для идеального газа.

С увеличением температуры давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление идеального га­за (участок кривой АВ на рисунке). Это становится особенно очевидным, если провести изохору через точку A (пунктирная прямая). Происходит это потому, что при нагревании жидкости часть ее превращается в пар, и плотность пара растет. Поэтому, согласно формуле (p₀=nkT), давление насы­щенного пара растет не только в результате повышения температуры жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара. Главное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара заключается в из­менении массы пара при изменении температуры при неизменном объеме (в закрытом сосуде) или при изменении объема при постоянной температуре. С идеальным газом ничего подобного происходить не может (молекулярно-кинетическая теория идеального газа не предусматривает фазового перехода газа в жидкость).

После испарения всей жидкости поведение пара будет соответствовать поведению идеального газа (участок ВС кривой на рисунке выше).

Ненасыщенный пар.

Если в пространстве, содержащем пары какой-либо жидкости, может происходить дальнейшее испарение этой жидкости, то пар, находящийся в этом пространстве, является ненасыщенным.

Пар, не находящийся в состоянии равновесия со своей жидкостью, называется ненасыщенным.

Ненасыщенный пар можно простым сжатием превратить в жидкость. Как только это превращение началось, пар, находящийся в равновесии с жидкостью, становится насыщенным.

Источник

Насыщенный пар

Давление насыщенного пара связано определённой для данного вещества зависимостью от температуры. Когда внешнее давление падает ниже давления насыщенного пара, происходит кипение (жидкости) или возгонка (твёрдого тела); когда оно выше — напротив, конденсация или десублимация.

В таблице приведены значения давления насыщенного пара для некоторых веществ:

См. также

Примечания

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Насыщенный пар» в других словарях:

НАСЫЩЕННЫЙ ПАР — пар, находящийся в термодинамич. равновесии с жидкостью (или тв. телом) того же хим. состава. Жидкость и её Н. п. находятся в состоянии дпнамич. равновесия: число молекул, переходящих из жидкости в пар в ед. времени, равно числу молекул пара,… … Физическая энциклопедия

НАСЫЩЕННЫЙ ПАР — (Saturated steam) пар, находящийся в тепловом равновесии с жидкостью. Увеличение давления пара или понижение температуры вызывает конденсацию части насыщенного пара. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское… … Морской словарь

насыщенный пар — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN saturated vane … Справочник технического переводчика

насыщенный пар — 3.37 насыщенный пар : Пар, выходящий из барабана котла. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

насыщенный пар — sotieji garai statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. saturated steam; saturated vapour vok. gesättigter Dampf, m; Sattdampf, m rus. насыщенный пар, m pranc. vapeur saturée, f … Automatikos terminų žodynas

насыщенный пар — sotieji garai statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Garai, esantys termodinaminėje pusiausvyroje su skystąja arba kietąja tos pačios medžiagos faze. atitikmenys: angl. saturated vapor; saturated vapour vok. Sattdampf, m rus … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

насыщенный пар — sotieji garai statusas T sritis chemija apibrėžtis Garai, esantys termodinaminėje pusiausvyroje su skystąja arba kietąja tos pačios medžiagos faze. atitikmenys: angl. saturated vapor; saturated vapour rus. насыщенный пар … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

насыщенный пар — sotieji garai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. saturated steam; saturated vapor; saturated vapour vok. gesättigter Dampf, m; Sattdampf, m rus. насыщенный пар, m pranc. vapeur saturée, f … Fizikos terminų žodynas

насыщенный пар — sotusis garas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Garas, kurio temperatūra lygi virimo temperatūrai, atitinkančiai tam tikrą slėgį. atitikmenys: angl. saturated state of gas; saturated steam vok. Sattdampf, m rus. насыщенный пар, m pranc.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Насыщенный пар — пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью (или твёрдым телом) того же химического состава. Между жидкостью и её Н. п. существует динамическое равновесие: число молекул, вырывающихся в единицу времени из жидкости и… … Большая советская энциклопедия

Источник

Содержание:

Свойства паров:

Испарение. В жидкостях (и твердых телах) при любой температуре существует некоторое количество молекул (или атомов), кинетическая энергия которых больше потенциальной энергии взаимодействия с соседними молекулами. Если такие молекулы находятся поблизости от поверхности жидкости, то они с легкостью покидают поверхность и создают над ее поверхностью пар.

Парообразованием называется процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Парообразование осуществляется двумя способами: испарением и кипением.

Кипение — это парообразование, происходящее по всему объему жидкости при определенной температуре.

При испарении частицы, обладающие большой кинетической энергией, покидают поверхность жидкости. В результате происходит уменьшение среднего значения кинетической энергии оставшихся частиц жидкости. Поэтому в процессе испарения наблюдается охлаждение жидкости (только если жидкости не передается теплота со стороны).

Скорость испарения зависит от: температуры жидкости, площади свободной поверхности жидкости, скорости течения воздуха, окружающего поверхность жидкости, давления, оказываемого на поверхность жидкости (с увеличением давления скорость испарения уменьшается), удельной теплоты парообразования жидкости, то есть от рода жидкости.

Удельная теплота парообразования численно равна количеству теплоты, необходимому для полного превращения жидкости массой 1 кг в пар при постоянной температуре:

Где

Единица измерения удельной теплоты парообразования в СИ:

Значение удельной теплоты парообразования зависит от рода жидкости и её температуры — с увеличением температуры значение удельной теплоты парообразования уменьшается. Минимальное значение удельной теплоты парообразования соответствует температуре кипения жидкости.

Процесс, обратный парообразованию, один из природных процессов, называемый конденсацией, при котором пар превращается в жидкость.

Насыщенный и ненасыщенный пар

По характеру зависимости плотности и давления от температуры пар может быть насыщенным и ненасыщенным.

Насыщенный пар — это пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью. Динамическое равновесие между жидкостью и ее паром возникает тогда, когда число молекул, покидающих свободную поверхность жидкости, становится равным числу молекул, возвращающихся в жидкость. Насыщенный пар возникает над свободной поверхностью жидкости в закрытом сосуде.

Если же сосуд открыт, то часть молекул, покинувших поверхность жидкости, испаряется в атмосферу и не возвращается в жидкость, то есть нарушается динамическое равновесие и пар переходит в ненасыщенное состояние.

Свойства насыщенного пара

a) давление, плотность и концентрация насыщенного пара при постоянной температуре от объема пара не зависят, то есть насыщенный пар не подчиняется закону Бойля-Мариотта (а);

b) с повышением температуры давление, плотность и концентрация насыщенного пара резко увеличиваются, то есть насыщенный пар не подчиняется закону Шарля. Это происходит потому, что увеличение давления насыщенного пара происходит в соответствии с выражением не только за счет повышения температуры, но и одновременно за счет увеличения концентрации (плотности) молекул пара (b).

Свойства ненасыщенного пара

a) давление и плотность ненасыщенного пара данной массы при постоянной температуре обратно пропорциональны его объему, то есть для ненасыщенного пара выполняется закон Бойля-Мариотта (с);

b) давление ненасыщенного пара данной массы при постоянном объеме прямо пропорционально его температурю, то есть для ненасыщенного пара выполняется закон Шарля (d).

Пар может переходить из ненасыщенного состояния в насыщенное и наоборот.

При изотермическом расширении насыщенный пар может превратиться в ненасыщенный пар.

При изотермическом сжатии ненасыщенный пар может превратиться в насыщенный пар.

Это происходит так. Предположим, что в цилиндре, подключенном к манометру, под поршнем находится ненасыщенный пар при температуре объем которого равен (е). При изотермическом сжатии пара его объем уменьшается, а давление, плотность и концентрация увеличиваются (участок графика).

При достижении объема пара значения он начинает конденсироваться, в цилиндре образуются капельки жидкости — пар переходит в насыщенное состояние. Давление, плотность и концентрация пара принимают максимальное значение при данной температуре. Дальнейшее уменьшение объема приводит к конденсации пара и превращению его в жидкость (участок графика). Этот процесс продолжается до полного превращения насыщенного пара в жидкость (точка С). Дальнейшее сжатие производится над жидкостью, и очень малая сжимаемость жидкости, приводит к резкому увеличению показаний манометра (участок графика).

При изохорном нагревании насыщенный пар превращается в ненасыщенный. На графике зависимости давления пара от температуры при постоянном объеме участок 1-2 соответствует насыщенному состоянию пара (f).

Примечание: При изотермическом сжатии превращение насыщенного пара в жидкость возможно только при температуре ниже критической температуры.

Критическая температура —это температура, при которой исчезают физические различия между жидкостью и ее насыщенным паром. При критической температуре плотность насыщенного пара равна плотности жидкости (g).

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник