Насыщенный пар при расширении
Изменяй объём над водой при постоянной температуре. Наблюдай изменение количества пара.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
В сосуде достаточно жидкой воды; равновесие устанавливается медленно. pнас ≈ 2,34; 7,38; 19,9 кПа. Пар приближённо идеальный; испарение и конденсация продолжаются. Размеры сосуда и число точек условны; масса рассчитывается отдельно.
Испарение: переход с поверхности
Испарение происходит с поверхности жидкости при разных температурах. Некоторые молекулы получают достаточно энергии, чтобы покинуть жидкость. Если энергия не поступает извне достаточно быстро, жидкость охлаждается.
Скорость испарения обычно возрастает с температурой и площадью поверхности. Поток воздуха удаляет пар у поверхности, поэтому уменьшает обратное возвращение молекул. Испарение не требует достижения температуры кипения.
Молекулы движутся с разными энергиями
Часть может покинуть поверхность
Уходящие частицы уносят энергию
Жидкость может охлаждаться
Энергия поступает извне
Температура может сохраняться
Испарение возможно ниже температуры кипения и может сопровождаться охлаждением.
Почему вода при испарении не обязана непрерывно остывать?
Теплообмен с окружающей средой может компенсировать унос энергии.
Конденсация: обратное возвращение
Молекулы пара могут попадать в жидкость: это конденсация. При переходе в жидкое состояние выделяется энергия. Испарение и конденсация могут происходить одновременно, хотя наблюдаемый результат определяется их соотношением.
В закрытом сосуде при постоянной температуре количество пара сначала растёт, затем устанавливается динамическое равновесие. В среднем за единицу времени жидкость покидает столько же молекул, сколько возвращается.
| Процесс | Направление перехода | Энергетический эффект |
|---|---|---|
| Испарение | Жидкость → пар | Требует энергии |
| Конденсация | Пар → жидкость | Выделяет энергию |
| Динамическое равновесие | Оба перехода продолжаются | Средние потоки равны |
Равновесие не означает прекращения переходов между жидкостью и паром.
Может ли уровень жидкости быть постоянным при непрерывном испарении?
Да, если конденсация в среднем возвращает такое же количество вещества.
Металлический чайник
Испарение возможно до кипения. Видимое белое облачко у горячей воды состоит преимущественно из сконденсировавшихся капелек; сам водяной пар невидим.
পাপৰি বৰা · CC BY-SA 4.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Капля воды на листе
Капли могут образоваться при конденсации пара. Равновесие жидкости и насыщенного пара остаётся динамическим.
Mightyhansa · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Насыщение: давление определяется температурой
Насыщенный пар находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. При данной температуре давление насыщенного пара pнас определённого вещества имеет определённое значение. Если медленно уменьшать объём над жидкостью при постоянной T, часть пара конденсируется.
Поэтому pнас не растёт по закону Бойля — Мариотта, пока сохраняются обе фазы и равновесие. Число молекул в газовой фазе меняется. При повышении температуры pнас заметно возрастает.
| Изменение | При сохранении жидкости и равновесия |
|---|---|
| Объём уменьшили при T = const | Часть пара конденсируется, pнас прежнее |
| Объём увеличили при T = const | Часть жидкости испаряется, pнас прежнее |
| Температуру повысили | pнас возрастает |
Для насыщенного пара нельзя автоматически считать количество вещества газовой фазы постоянным.
Что изменится, если вся жидкость испарилась?
Двухфазное равновесие исчезнет. При дальнейшем расширении пар может стать ненасыщенным, и условия задачи будут другими.
Кипение: пар образуется в объёме
Кипение сопровождается образованием и ростом пузырьков пара внутри жидкости. Для устойчивого роста давление пара должно соответствовать внешнему давлению с учётом давления столба жидкости и поверхностных эффектов. В простой модели кипение начинается при pнас(T) ≈ pвнеш.
Снижение внешнего давления уменьшает температуру кипения. Интерактив показывает, как при неизменной температуре объём над жидкостью меняется за счёт перераспределения вещества между фазами. Модель предполагает запас жидкости и достаточно медленный процесс.
Уточнить температуру
Найти соответствующее pнас
Проверить наличие жидкости
Есть ли двухфазное равновесие?
Различить процессы
Испарение с поверхности или кипение в объёме
Температура кипения зависит от внешнего давления.
Почему в горах вода кипит при меньшей температуре?
Атмосферное давление ниже; нужное давление насыщенного пара достигается при меньшей температуре.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 10 класс», § 9. Тема и содержание сверены с файлом «10 класс. Физика — § 09. Испарение и конденсация. Насыщенный пар.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.