Поняття насиченої пари
В рідині молекули знаходяться в неперервному хаотичному тепловому (броунівському) русі. Якщо молекула
випадково з'являється біля поверхні рідини і матиме швидкість, достатню для
подолання притягання з боку інших молекул, вона зможе вийти в простір над
рідиною. Молекули, котрі задовольняють даним умовам,
існують у вибраному об’ємі завжди, що доводиться роподілом Максвелла по
швидкостях.
Швидкість випаровування
(кількість молекул, що вилітає з 1 м2 вільної поверхні рідини за 1
с визначається:
1) видом рідини;
2) температурою;
3) тиском пари над рідиною.
Сукупність молекул, що знаходяться в просторі над рідиною, називають парою, а процес переходу рідини в
стан пари - пароутворенням.
Пароутворення з вільної поверхні рідини називають
випаровуванням.
Молекули пари, рухаючись хаотично, можуть набути
швидкості, напрямленої, наприклад, в бік рідини, і до неї повернутись. Процес
переходу молекул пари в рідину називають конденсацією.
Швидкість конденсації
залежить від:
1) концентрації молекул пари над рідиною;
2) температури.
Оскільки з рідини під
час випаровування вилітають найшвидші молекули, то середня швидкість тих
молекул, що залишились, зменшується, тому під час випаровування рідина
охолоджується. Для підтримання температури такої рідини
сталою необхідно підводити тепло. Унаслідок конденсації затрачене для
випаровування тепло повертається.
Розглянемо герметично
закриту посудину, що містить рідину і пару. Через деякий час між рідиною
і парою наступить стан теплової (динамічної) рівноваги. При цьому кількість молекул, що
випаровуються за час Δt, стане дорівнювати кількості молекул, які повертаються в рідину (конденсуються) за
такий самий час.
Пару, що знаходиться в тепловій динамічній рівновазі зі
своєю рідиною, називають насиченою. Зрідка вдається одержати насичену пару і у
відчинених посудинах.
Тиск насиченої пари наближено можна розрахувати за
виразом основного рівняння МКТ:
p = nkT
Оскільки концентрація молекул насиченої пари не залежить
від об'єму за сталої температури, то і тиск насиченої пари не залежить від
об'єму, а залежить від температури. Ці закономірності встановлено
експериментально. З підвищенням температури тиск насиченої пари зростає швидше,
ніж тиск ідеального газу (див мал.),
бо під час нагрівання тиск насиченої пари збільшується не тільки через
підвищення температури, а й унаслідок збільшення концентрації молекул (густини)
пари.
 |
| Мал. Залежність тиску насиченої пари від температури |
Коли вся рідина випарується, пара за подальшого
нагрівання стане вже ненасиченою і її тиск за сталого об'єму зростатиме прямо
пропорційно абсолютній температурі (див мал.,
ділянка КС).
Описати стан ненасиченої пари можна використовуючи закони
ідеального газу, а стан насиченої пари - за рівнянням Клапейрона-Менделеєва за
низьких температур і малих концентрацій:
рн = ρн∙RT/μ
У міру збільшення
температури рідини інтенсивність випаровування збільшується. Випаровування
відбувається за будь-якої температури. Особливим видом випаровування є процес
кипіння.
Доцільно прочитати: