2.1.13 Насыщенные и ненасыщенные пары

Твердые тела отличаются от жидких более устойчивым положением молекул. В жидкостях имеются силы притяжения, однако их не всегда достаточно. Если молекуле некоторого жидкого вещества придать кинетическую энергию, которая позволит структурным единицам стать свободными, то они способны покинуть поверхность жидкости и улететь в газ, который находится сверху. Некоторым молекулам энергии становится недостаточно, и они возвращаются обратно в жидкость.

Существует два вида образования парообразного состояния: испарение и кипение.

Процесс испарения характеризуется способностью молекул жидкости покидать верхние слои при любой температуре. В тот момент, когда молекула покидает поверхность, температура жидкости снижается. Это происходит в результате того, что для отрывания структурной единицы необходима энергия, а когда энергия расходуется, температура падает.

Именно поэтому организм человека выделяет пот. В результате его испарения температура тела падает. Каждый из нас, выходя из реки, моря или другого водоема, ощущал холодок - это происходит в результате испарения.

Скорость процесса испарения зависит:

1. От размера свободной поверхности жидкости. Если взять одинакового объема кружку и тарелку, то с тарелки испарения будет происходить быстрее за счет большей площади.

2. От рода жидкости. Спирт испаряется быстрее, чем вода, например. Его молекулы более активны из-за этого он быстрее диссоциирует с молекулами воздуха. Чем легче структурная единица вещества, тем быстрее происходит испарение.

3. От температуры жидкости. Чем выше температура, тем быстрее протекает процесс.

4. От давления окружающей среды. Если давление большое, то оно не дает жидкости покинуть поверхность, поэтому испарение протекает медленнее.

5. Если жидкость находится в закрытом пространстве, то ей тяжелее испарятся. Поэтому скорость зависит от количества водяного пара над поверхностью жидкости.

Представьте, что вы взяли два сосуда. Один из которых закрыли крышкой. В обоих сосудах происходит и испарение и конденсация.

В сосуде, который не закрыт, количество молекул, что испарились, больше тех, что вернулись обратно. Такой пар называется ненасыщенным. В закрытом сосуде количество молекул, покинувших жидкость, равна тем, что вернулись обратно. Такой пар называется насыщенным.

Данный процесс перехода жидкости в газообразное состояние происходит со всего объема и при определенной температуре. Для каждой жидкости соответствует своя температура кипения. Для воды, например, при нормальном давлении температура кипения 100 градусов. Чем меньше давление, тем меньше температура кипения. Таким образом, на высокой горе закипетить воду можно при более низкой температуре. 

Только обратите внимание, приготовить на такой воде мясо практически невозможно - для него нужна температура выше.

Во время кипения пузырьки газа, содержащиеся в жидкости, выходят с её объема. Закипетить повторно воду тяжелее, поскольку данных пузырьков нет. Кипение начинается тогда, когда давление в пузырьках меньше, чем в жидкости - они начинают лопаться.

Для решения задач с насыщенным паром нельзя использовать законы для изопроцессов, поскольку данные газы отличаются по некоторым принципам:

1. Мы знаем, что если запустить идеальный газ в некоторый больший объем, то его давление и плотность уменьшиться. Для насыщенного пара эти параметры остаются неизменными при любом объеме.

2. При изохорном процессе зависимость роста температуры и давления для идеального газа линейная. В случае с насыщенным паром рост давление при увеличении температуры происходит быстрее.