Тиск насиченої пари

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Насичена пара[ред. | ред. код]

Наси́чена па́рапара, що перебуває в термодинамічній рівновазі з рідиною або твердим тілом. Тиск, температура і хімічний потенціал у насиченої пари однаковий із тими фазами, з якими вона співіснує.


Доки рівновага не встановилася, пара може бути ненасиченою. Існує також метастабільний стан перенасиченої паригазу з густиною, більшою, ніж густина насиченої пари.

З підвищенням температури тиск насиченої пари збільшується, оскільки більше атомів чи молекул переходять із конденсованого стану в газ.

Залежність тиску насиченої пари від температури

Залежність тиску насиченої пари від температури[ред. | ред. код]

Залежність тиску насиченої пари від температури для деяких рідин

Тиск насиченої пари[ред. | ред. код]

Тиск насиченої пари — тиск пари, яка перебуває в рівновазі з рідиною або твердим тілом при даній температурі.


Якщо насичену пару за незмінної температури стискати, то рівновага порушується. Густина пари зростає, а отже зростає і швидкість конденсації, що приводить до зменшення густини пари. Це відбуватиметься доти, доки густина пари не набуде початкового значення. Отже, концентрація молекул насиченої пари не залежить від об’єму за сталої температури.


Тиск пропорційний концентрації (рівняння стану ідеального газу), - тиск газу, - концентрація молекул, - стала Больцмана, - температура. Оскільки концентрація молекул насиченої пари не залежить від об’єму, то і тиск насиченої пари також не залежить від об’єму, а залежить лише від температури. Ця залежність не є прямо пропорційною, як для ідеального газу за сталого об’єму.

Розрахунок залежності в наближенні постійної питомої теплоти пароутворення[ред. | ред. код]

Процес випаровування є фазовим переходом першого роду, тому для нього виконується рівняння Клапейрона-Клаузіуса:

[1]

де — нахил дотичної до кривої співіснування в будь-якій точці,  — питома прихована теплота,  — зміна об'єму речовини при фазовому переході, — температура,  — зміна питомої ентропії фазового переходу.

можна проінтегрувати та знайти явну залежність , якщо відомі функції - питома прихована теплота і - питомі об'єми фаз.

Найгрубше наближення припускає незалежність питомої прихованої теплоти від температури. Також ми можемо знехтувати питомим об'ємом рідини в порівнянні з питомим об'ємом газу:

, ,

де - питомий об'єм газу, - питомий об'єм конденсованого стану речовини (у нашому випадку рідини). Надалі будемо використовувати індекс для опису рідини, індекс - для опису пари.

Зробимо припущення, що до насиченого пару може буде застосовано рівняння стану ідеального газу Менделеєва-Клапейрона:

, де , - температура, - універсальна газова стала, - молярна маса речовини.

Примітка: ця модель застосовна тільки в невеликому інтервалі температур.

Тоді у цьому наближенні рівняння Клапейрона-Клаузіуса набуває вигляду:

[2]

Інтегруючи, отримуємо:

[2]

[2]

З цього випливає, що при нагріванні води на 1 градус тиск її насиченої пари збільшується на 0,0352 атм.

Частина теплоти пароутворення, що витрачається на здійснення роботи[ред. | ред. код]

Частина теплоти пароутворення витрачається на приріст енергії, інша частина - на здійснення зовнішньої роботи .

Остання, очевидно, дорівнює:

[2]

Для води за нормального тиску температура кипіння , , ,

Підставивши у формулу, розрахуємо відношення роботи до повної наданої теплоти:

[2]

Таким чином, на виконання зовнішньої роботи витрачається зовсім невелика частина теплоти пароутворення.

Більш точні розрахнки з урахуванням залежності питомої теплоти пароутворення від температури[ред. | ред. код]

Величина складається з двух частин.

Перша дорівнює різниці питомих внутрішніх енергій пара та рідини .

Друга дорівнює роботі проти зовнішніх сил ,

де індекс відповідає рідкій фазі (конденсованій), індекс - газоподібній.

[2]

Знов знехтуємо питомим об'ємом рідини в порівнянні з питомим об'ємом газу. Після застосування рівняння стану ідеального газу Менделеєва-Клапейрона отримуємо:

[2]

Для фіксованої температури маємо:

[2]

Ми вважаємо пар ідеальним газом, тому його внутрішня енергія залежить тільки від температури:

[2], де - питома теплоємність газу при ізохоричному процесі.

Якщо знехтувати роботою розширення рідини при нагріванні, для рідини маємо:

[2], де - питома теплоємність рідини під тиском її насиченого пару (майже дорівнює теплоємності при постійному тиску).

Вважаємо, що , . Скористаємося формулою Маєра, що дозволяє знайти , тобто питому теплоємність газу при ізобаричному процесі:

, - універсальна газова стала.

Маємо:

[2]

[2]

Після інтегрування отримаємо кінцеву формулу:

, [2]

Це рівняння широко застосовується для обробки експериментальних даних.

Джерела[ред. | ред. код]

  • И. В. Савельев (1970). Курс общей физики, том 1. Механика, колебания и волны, молекулярная физика. Издательство "Наука", Главная редакция физико-математической литературы. Кикоин
  • А.К., Кикоин И.К. (1976). Молекулярная физика (російська). Москва: Наука.
  • Сивухин, Д.В. (1990). ОБЩИЙ КУРС ФИЗИКИ ТЕРМОДИНАМИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА (російською). Москва: Наука. с. 449–455. ISBN 978-5-9221-1514-8.
  • А.М. Прохоров (1999). Большой энциклопедический словарь. М.: Большая Российская энциклопедия.
  • Я. И. Герасимов (1969). Курс физический химии. 2 изд., т. 1. - М.: Наука.
  • Л.А. Булавін, Д. А. Гаврюшенко, В. М. Сисоєв (2006). Молекулярна фізика (українською). Київ: "Знання". 
  • Гончаров А. І., Корнілов М. Ю. Довідник з хімії. — К.: Вища школа, 1974.- 304 с.
  • А. Н. Матвеев (1981). Молекулярная физика. Высшая школа, 3-е издание. 

Дивіться також[ред. | ред. код]

  1. Д. А. Гаврюшенко, Л. А. Булавін, В. М. Сисоєв (2006). Молекулярна Фізика. 
  2. а б в г д е ж и к л м н п Д. В. Сивухин. ОБЩИЙ КУРС ФИЗИКИ ТЕРМОДИНАМИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА.