Испарение и конденсация

Испарение и конденсация 

Испарение - процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Обратный ему процесс, при котором происходит переход вещества из газообразного состояния в жидкое, называется конденсацией. Испарению подвержены все жидкости, но при разных температурах и с разной скоростью. Возможен также переход из твердого состояния в газообразное, минуя жидкость. Такой процесс называется сублимацией или возгонкой. Повседневный опыт показывает, что испарение идет быстрее, если образующиеся пары удаляются от жидкости. И наоборот, если исключить удаление паров (например, закрыть бутылку с водой), то со временем жидкость и пар приходят в равновесие - жидкость больше не испаряется, но и пар не сгущается в жидкость. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным. Как следует из названия, в данном объеме при данных условиях не может быть помещено большее количество пара.

Плотность и давление насыщенного пара при неизменной температуре являются постоянными величинами, хотя и разными для разных жидкостей. Температура оказывает очень большое влияние на давление насыщенного пара. Так, при 0° С давление паров воды равно приблизительно 4,6 мм рт. ст., а при 100° С уже 760 мм рт. ст.

С точки зрания молекулярного строения жидкости, испарение объясняется следующим образом: молекулы жидкости движутся с самыми разнообразными скоростями. Поскольку для того, чтобы молекула с поверхностного слоя жидкости могла вылететь за ее пределы необходимо совершить работу против сил сцепления, то испаряются только молекулы, имеющие достаточную скорость и кинетическую энергию. Вылетевшие молекулы сталкиваются с другими и могут вернуться обратно в жидкость. Если вылетает больше молекул, чем возвращается - жидкость испаряется. В противном случае происходит конденсация.

Если же число вылетевших и вернувшихся молекул в среднем одинаково в единицу времени, наступает динамическое (подвижное) равновесие между жидкостью и ее паром, пар становится насыщенным.

Рассмотрим процесс кипения жидкости на примере воды.

По мере нагревания сосуда с водой дно и стенки сосуда будут покрываться пузырьками, в которых находятся воздух и пары воды. С увеличением температуры объем пузырьков увеличивается в такой мере, что сумма давления воздуха и пара внутри пузырька всегда равна внешнему давлению. При дальшенйшем увеличении объема пузырька выталкивающая сила заставляет его подниматься вверх.

Если верхние слои воды недостаточно прогреты, часть водяных паров из пузырька конденсируется в воду и он опять уменьшается в размерах. Это попеременное увеличение и уменьшение объема и создает специфический шум закипающей воды. Если же весь объем воды прогрет в достаточной степени, пузырьки не уменьшаются в размерах, а лопаются на поверхности, выпуская пар во внешнее пространство. Все время, пока кипит вода, термометр показывает одну и ту же температуру - 100° С.

Итак, кипение происходит при такой температуре, когда давление насыщающих паров жидкости равно наружному давлению. Температура кипения определяется давлением пара и его температурой.

Температура пара кипящей жидкости называется точкой кипения. Точка кипения жидкости зависит от внешнего давления - чем больше давление, тем выше температура кипения. При давлении в 15 атмосфер температура кипения воды близка к 200° С.

Давление водяных паров в воздухе принято выражать в барах и миллибарах. Давление в 1 бар равно давлению 750 мм рт. ст.

Абсолютная влажность воздуха - количество водяного пара в 1 м3 воздуха, выраженное в граммах.

Относительная влажность воздуха - отношение давления пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах.

При понижении температуры воздуха и при постоянном содержании водяного пара относительная влажность возрастает, так как чем ниже температура воздуха, тем ближе водяной пар подходит к состоянию насыщения. При какой-то температуре относительная влажность становится равной 100% и дальнейшее понижение температуры приводит к конденсации водяного пара. Температура, при которой пар данного давления становится насыщенным (и относительная влажность становится равной 100%), называется точкой росы.