Процесс перехода быстрых (высокоэнергетичных) молекул из жидкого (или твердого) состояния в пар называется испарением. Обратный процесс, когда молекулы из газообразного состояния возвращаются в жидкое, называется конденсацией. Пар, находящийся в равновесии с жидкостью (веществом), называется насыщенным паром. Важным параметром, характеризующим этот процесс является давление насыщенного пара.
Давление пара
Пускай имеется цилиндр, в котором находится жидкость в равновесии с насыщенным паром. Будем считать, что температура не меняется. При сжатии насыщенного пара, находящегося в равновесии с жидкостью, сначала равновесие будет нарушено. Плотность пара увеличится, и из газа в жидкость будет переходить молекул больше, чем из жидкости в газ, так как количество испаряющихся молекул зависит только от температуры, а сжатие пара на это не влияет. Этот процесс выравнивания потоков молекул будет происходить до установления динамического равновесия, и достижения (концентрации молекул) первоначального значения плотности пара (концентрации молекул). Значит, концентрация молекул насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объема. Давление газа p описывается известной формулой:
$ p = n * k* T $ (2),
где: n — концентрация молекул газа, T — температура, k — постоянная Больцмана.
Следовательно, давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объема.
Зависимость давления насыщенного пара от температуры
Из формулы (2) следует, что давление насыщенного пара pнп зависит только от температуры.
Из экспериментальных графиков видно, что зависимость pнп(T) не линейна (не прямо пропорциональна). С ростом Т давление pнп растет быстрее, чем давление идеального газа. Дело в том, что давление насыщенного пара растет также за счет увеличения концентрации молекул (плотности) пара, так как с ростом температуры растет число испарившихся молекул. В идеальном газе такой механизм отсутствует — давление в нем растет только за счет роста кинетической энергии молекул.
Для большинства веществ экспериментально получены значения давлений насыщенных паров при различных температурах. Эти данные можно найти в справочниках или на соответствующих интернет-ресурсах. В качестве примера ниже приведена такая таблица для воды и ртути.
Таблица зависимости давления насыщенных паров от температуры для воды и ртути
|
Температура,0С |
Давление паров воды, мм.рт.ст. |
Давление паров ртути, мм.рт.ст. |
Температура,0С |
Давление паров воды, мм.рт.ст. |
Давление паров ртути, мм.рт.ст. |
|
0 |
4,58 |
0,00021 |
100 |
760 |
0,28 |
|
20 |
17,5 |
0,0013 |
120 |
1489 |
0,76 |
|
40 |
55,3 |
0,0065 |
140 |
2711 |
1,85 |
|
60 |
149 |
0,026 |
200 |
11660 |
17,2 |
|
80 |
355 |
0,092 |
300 |
64450 |
245 |
|
90 |
526 |
0,16 |
374 |
165530 |
1100 |
На предметах, принесенных в помещение с мороза образуются капли воды, “выпадает роса”. Это происходит из-за насыщения водяными парами. Также объясняется запотевание оконных стекол в наших квартирах. Образование капелек конденсата связано с термином “точка росы”. Точка росы — это температура, при которой водяной пар в охлажденном воздухе становиться насыщенным и начинает конденсироваться.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что пар, находящийся в равновесии с жидкостью называется насыщенным. Давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объема. С ростом температуры давление насыщенного пара растет.
