Электронная библиотека
Фазовые переходы. Влажность
Фазовые переходы. Влажность Фазовые переходы. Всякое вещество может, вообще говоря, находиться в одном из трех фазовых, или агрегатных, состояний (фаз) - твердом, жидком и газообразном. Так, известное всем химическое вещество Н2О может находиться в жидком (вода), газообразном (пар) и твердом (лед) состояниях. Переходы между этими состояниями, происходящие при определенных температуре и давлении, называются фазовыми переходами первого рода.
Возможны и переходы без изменения фазового состояния, когда при определенной температуре происходит скачкообразное изменение свойств вещества. Например, при повышении температуры ферромагнетик внезапно при критической температуре Тс (температура Кюри) становится парамагнетиком. Жидкий гелий при температуре ниже критической температуры Т0 переходит в сверхтекучее состояние. Аналогично происходит переход некоторых веществ в сверхпроводящее состояние и обратно. Такие переходы, в которых фаза вещества не меняется, а меняются свойства вещества, называются фазовыми переходами второго рода.
Насыщенный пар. Как известно, при нагревании твердого тела при определенном давлении сначала происходит нагревание тела до температуры плавления, затем тело превращается в жидкость при постоянной температуре, далее жидкость нагревается до температуры кипения, затем испаряется при постоянной температуре и, наконец, продолжает нагреваться образовавшийся пар.
Рассмотрим переход жидкость - пар. Пусть жидкость занимает часть объема замкнутого СЃРѕСЃСѓРґР°. РџСЂРё любой температуре существует некоторое количество достаточно энергичных молекул внутри жидкости, которые СЃРїРѕСЃРѕР±РЅС‹ разорвать СЃРІСЏР·Рё СЃ соседними молекулами Рё вылететь РёР· жидкости. Р’ то же время РІ паре, занимающем остальной объем внутри СЃРѕСЃСѓРґР°, всегда найдутся молекулы, которые влетают обратно РІ жидкость Рё РЅРµ РјРѕРіСѓС‚ вылететь обратно. Таким образом, РІ этом СЃРѕСЃСѓРґРµ РІСЃРµ время РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґСЏС‚ РґРІР° конкурирующих процесса - испарение Рё обратная конденсация. РљРѕРіРґР° число молекул, покидающих жидкость, становится равным числу молекул, возвращающихся обратно, то наступает динамическое равновесие между жидкой Рё газообразной фазой. Говорят, что пар достиг насыщения. Давление насыщенного пара существенно зависит РѕС‚ температуры: чем РѕРЅР° выше, тем больше молекул имеют достаточную энергию, чтобы покинуть жидкость, следовательно, должна возрасти Рё плотность насыщенного пара. Как следует РёР· газовых законов, давление пара пропорционально его плотности Рё температуре, С‚.Рµ. давление насыщенного пара всегда растет СЃ ростом температуры Рё РЅРµ зависит РѕС‚ объема. Рто означает, что РІ замкнутом СЃРѕСЃСѓРґРµ, содержащем жидкость Рё пар РІ равновесии РґСЂСѓРі СЃ РґСЂСѓРіРѕРј РїСЂРё фиксированной температуре, давление насыщенного пара РЅРµ зависит РѕС‚ относительного количества жидкости Рё пара. Если РїСЂРё неизменной температуре увеличить объем СЃРѕСЃСѓРґР°, часть жидкости дополнительно испарится, если уменьшить объем СЃРѕСЃСѓРґР°, часть пара сконденсируется РІ жидкость, РЅРѕ РІ любом случае давление насыщенного пара РЅРµ изменится.
Кипение жидкости. В реальных условиях жидкости нагреваются в открытых сосудах, т.е. на них действует внешнее давление. Если давление насыщенного пара при данной температуре меньше внешнего давления, то образующиеся внутри жидкости пузырьки пара не могут достичь поверхности и схлопываются. При повышении температуры достигается температура кипения, когда давление насыщенного пара становится равным внешнему давлению. В этом случае газовые пузырьки из глубины жидкости могут достичь поверхности и жидкость вскипает. Как известно, дальнейшее нагревание жидкости не меняет ее температуры, пока вся она не превратится в пар.
Сублимация. Рассмотрим переход твердое тело - пар. Если внешнее давление очень мало, то твердое тело может непосредственно испаряться, РјРёРЅСѓСЏ жидкую фазу. Ртот процесс называется сублимацией.
Влажность воздуха. Практический интерес представляет умение измерять количество водяного пара в воздухе при заданной температуре.
Атмосферный воздух есть смесь газов, куда входит 78% азота, 21% кислорода и небольшое количество окиси углерода, водяного пара и других газов. Масса водяного пара в единице объема воздуха называется абсолютной влажностью.
Относительной влажностью воздуха при данной температуре называется выраженное в процентах отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при этой же температуре.
рус
тат
