ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ(уч.10кл.стр.286-289,290-291)
Условия перехода из газообразной фазы в жидкую через потенциальную и кинетическую энергию молекул
Физический смысл перехода. Формула через энергию и температуру
Определение пара
Определение критической температуры
Зависимость критической температуры от потенциальной энергии молекул газа
Влияние давления на переход газ-жидкость
Сжижение пара при изотермическом сжатии (на примере поршня)
Определение конденсации
Определение испарения
Определение насыщенного пара
График изотермы сжижения пара и физический смысл ее участков
Физика процесса испарения (уч.10кл.стр.290)
Понятие удельной теплоты испарения. Определение. Формула
Физика процесса конденсации.
Количество теплоты получаемое при конденсации
Процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное состояние называется парообразованием, обратный процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией.
Испаряются и твердые тела, но очень медленно. Например, нафталин.
Существуют два вида парообразования - испарение и кипение.
Рассмотрим сначала испарение жидкости.
Явление превращения жидкости в пар называется парообразованием.
Парообразование, происходящее с поверхности жидкости, называется испарением.
Испарением называют процесс парообразования, происходящий с открытой поверхности жидкости при любой температуре.
С точки зрения молекулярно-кинетической теории эти процессы объясняются следующим образом. Молекулы жидкости, участвуя в тепловом движении, непрерывно сталкиваются между собой. Это приводит к тому, что некоторые из них приобретают кинетическую энергию, достаточную для преодоления молекулярного притяжения. Такие молекулы, находясь у поверхности жидкости, вылетают из неё, образуя над жидкостью пар (газ).
Испарение происходит тем быстрее, чем выше ее температура.
Скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости
Одновременно с переходом молекул из жидкости в пар происходит и обратный процесс.
Эти два процесса вылета молекул жидкости и их обратное возвращение в жидкость происходят одновременно.
Если число вылетающих молекул больше числа возвращающихся, то происходит уменьшение массы жидкости - жидкость испаряется, если же наоборот, то количество жидкости увеличивается - наблюдается конденсация пара.
Возможен случай, когда массы жидкости и пара, находящегося над ней, не меняются. Это возможно, когда число молекул, покидающих жидкость, равно числу молекул, возвращающихся в неё.
Такое состояние называется динамическим равновесием, а пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.
Если же между паром и жидкостью нет динамического равновесия, то он называется ненасыщенным.
Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.
Пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется ненасыщенным паром.
Насыщенный пар при данной температуре имеет определённую плотность, называемую равновесной.
Это обусловливает неизменность равновесной плотности, а следовательно, и давления насыщенного пара от его объёма при неизменной температуре, поскольку уменьшение или увеличение объёма этого пара приводит к конденсации пара или к испарению жидкости соответственно.
Изотерма насыщенного пара при некоторой температуре в координатной плоскости Р, V представляет собой прямую, параллельную оси V.
При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость продолжает испаряться.
При ветре, который уносит молекулы жидкости, испарение происходит быстрее, так как меньше молекул возвращается обратно в жидкость.
С повышением температуры термодинамической системы жидкость - насыщенный пар число молекул, покидающих жидкость за некоторое время, превышает количество молекул, возвращающихся из пара в жидкость. Это продолжается до тех пор, пока возрастание плотности пара не приводит к установлению динамического равновесия при более высокой температуре. При этом увеличивается и давление насыщенных паров. Таким образом, давление насыщенных паров зависит только от температуры.
Столь быстрое возрастание давления насыщенного пара обусловлено тем, что с повышением температуры происходит рост не только кинетической энергии поступательного движения молекул, но и их концентрации, т.е. числа молекул в единице объема
При испарении жидкость покидают наиболее быстрые молекулы, вследствие чего средняя кинетическая энергия поступательного движения оставшихся молекул уменьшается, а следовательно, и температура жидкости понижается. Поэтому, чтобы температура испаряющейся жидкости оставалась постоянной, к ней надо непрерывно подводить определённое количество теплоты.
Количество теплоты, которое необходимо сообщить единице массы жидкости, для превращения её в пар при неизменной температуре называется удельной теплотой парообразования.
Удельная теплота парообразования зависит от температуры жидкости, уменьшаясь с её повышением.
При конденсации количество теплоты, затраченное на испарение жидкости, выделяется.
Конденсация – процесс превращения из газообразного состояния в жидкое.
Рассмотрим условия фазового перехода газ – жидкость.
У идеального газа средняя потенциальная энергия взаимодействия частиц много меньше средней кинетической энергии.
│Ep│<< kT
(Модуль использован потому, что для сил притяжения потенциальная энергия отрицательна)
Для образования жидкости из газа средняя потенциальная энергия притяжения молекул должна превышать их среднюю кинетическую энергию
│Ep│≥ kT
Физический смысл этого неравенства в том, что переход из газообразного в жидкое состояние возможен лишь при температуре, меньше некоторой критической температуры:
T < Tкр =
Критическая температура – максимальная температура, при которой пар превращается в жидкость.
Пар – газообразное состояние вещества при температуре ниже критической.
Газ при T>Tкр нельзя перевести в жидкое состояние.
Критическая температура зависит от потенциальной энергии взаимодействия молекул и потому различна для разных газов
С ростом внешнего давления при сжатии газа уменьшается среднее расстояние между частицами, возрастает сила притяжения между ними и соответственно средняя потенциальная энергия взаимодействия.
Рассмотрим сжижение пара при изотермическом сжатии при T<Tкр
Конденсация – переход пара из газообразного состояния в жидкое
Масса жидкости при конденсации при данном объеме постоянна благодаря равновесию двух встречных процессов: конденсации пара и испарению молекул жидкости.
Испарение – парообразование со свободной поверхности жидкости
Интенсивность процесса испарения увеличивается с возрастанием температуры жидкости. Поэтому динамическое равновесие между испарением и конденсацией при повышении температуры устанавливается при больших концентрациях молекул газа.
Насыщенный пар – пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью.
Термодинамическое равновесие – число молекул пара, конденсирующихся за определенный промежуток времени, равно числу молекул жидкости, испаряющихся за это же время.
Концентрация частиц n постоянна, так как при уменьшении объема V в равной степени уменьшается полное количество частиц N из-за конденсации молекул пара.
Поэтому давление насыщенного пара p = nkT , когда в цилиндре сосуществуют пар и жидкость, остается постоянным (при изотермическом сжатии T = const)
После полной конденсации пара возможно незначительное сжатие жидкости. При этом давление резко возрастает из-за малой сжимаемости жидкости.
Изотерма при температуре выше критической T>Tкр совпадает с изотермой идеального газа.
Давление идеального газа при постоянной концентрации молекул возрастает прямо пропорционально абсолютной температуре.
Так как в насыщенном паре при возрастании температуры концентрация молекул увеличивается, давление насыщенного пара с повышением температуры возрастает быстрее, чем давление идеального газа с постоянной концентрацией молекул.
То есть давление насыщенного пара растет не только вследствие повышения температуры жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул пара.
Главное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара состоит в том, что при изменении температуры пара в закрытом сосуде (или при изменении объема при постоянной температуре) меняется масса пара.
Энергетические процессы испарения и конденсации
Молекула испаряется с поверхности жидкости, если ее кинетическая энергия больше потенциальной энергии притяжения к другим молекулам:
Ek>│Ep│
Испарение – процесс, при котором с поверхности жидкости или твердого тела вылетают молекулы, кинетическая энергия которых превышает потенциальную энергию взаимодействия молекул.
Испарение жидкости может происходить при любой температуре.
Испарение сопровождается охлаждением жидкости, так как жидкость покидают молекулы, имеющие большую кинетическую энергию, и внутренняя энергия жидкости понижается.
Внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшается. Если нет притока энергии к жидкости извне, то испаряющаяся жидкость охлаждается.
Вылетевшие молекулы начинают беспорядочно двигаться в тепловом движении газа; они могут или навсегда удалиться от поверхности жидкости, или снова вернуться в жидкость. Такой процесс называется конденсацией.
При увеличении температуры число испаряющихся молекул возрастает (Ек = kT).
Так как жидкость покидают самые быстрые молекулы, то средняя кинетическая энергия молекул жидкости, а следовательно и ее температура уменьшается.
Количество теплоты, необходимое для испарения жидкости при постоянной температуре, пропорционально числу испаряющихся молекул или их суммарной массе:
Qn = rm
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98
