Зацени!

 

рейтинг: 0
уже заценили: 0

Поделись!

Интернет-классФизикаМолекулярная физикаФазовые переходы. Влажность

Молекулярная физика. 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 сосуда. При любой температуре существует некоторое количество достаточно энергичных молекул внутри жидкости, которые способны разорвать связи с соседними молекулами и вылететь из жидкости. В то же время в паре, занимающем остальной объем внутри сосуда, всегда найдутся молекулы, которые влетают обратно в жидкость и не могут вылететь обратно. Таким образом, в этом сосуде все время происходят два конкурирующих процесса - испарение и обратная конденсация. Когда число молекул, покидающих жидкость, становится равным числу молекул, возвращающихся обратно, то наступает динамическое равновесие между жидкой и газообразной фазой. Говорят, что пар достиг насыщения. Давление насыщенного пара существенно зависит от температуры: чем она выше, тем больше молекул имеют достаточную энергию, чтобы покинуть жидкость, следовательно, должна возрасти и плотность насыщенного пара. Как следует из газовых законов, давление пара пропорционально его плотности и температуре, т.е . давление насыщенного пара всегда растет с ростом температуры и не зависит от объема. Это означает, что в замкнутом сосуде, содержащем жидкость и пар в равновесии друг с другом при фиксированной температуре, давление насыщенного пара не зависит от относительного количества жидкости и пара. Если при неизменной температуре увеличить объем сосуда, часть жидкости дополнительно испарится, если уменьшить объем сосуда, часть пара сконденсируется в жидкость, но в любом случае давление насыщенного пара не 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, минуя жидкую фазу. Этот 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.