SA. Пари - PhysBook

  1. Властивості насичених парів
  2. Психрометр. Гігрометр
  3. Див. також

Над вільною поверхнею рідини завжди є пари цієї рідини. Якщо посудина з рідиною не закрите, то завжди знайдуться молекули пара, які віддаляються від поверхні рідини і не можуть повернутися назад в рідину. У закритій посудині одночасно з випаровуванням рідини відбувається конденсація пара. Спочатку число молекул, що вилітають з рідини за 1 с, більше числа молекул, які повертаються назад, і щільність, а значить, і тиск пари зростає. Число молекул пара зростає до тих пір, поки число молекул, які залишили рідину (випарувалися), не стане дорівнює числу молекул, які повернулися у рідину (скондесувалися) за один і той же проміжок часу. Такий стан називають динамічною рівновагою.

Пар, що знаходиться в стані динамічної рівноваги зі своєю рідиною, називається насиченою парою. Для опису насиченої пари застосовують такі величини: тиск насиченої пари p н і щільність насиченого пара ρн. При заданої температури насичений пар володіє максимально можливим значенням тиску і щільності пара.

Пар, тиск якого менше тиску насиченого пара при даній температурі, називається ненассищенним. Аналогічно можна було дати визначення і через щільність пара.

Досвід показує, що ненасичені пари підкоряються всім газовим законам, і тим точніше, чим далі вони від насичення.

Властивості насичених парів

Для насичених парів характерні наступні властивості:

  1. щільність і тиск насиченої пари залежать від роду речовини. Чим менше питома теплота пароутворення рідини, тим швидше вона випаровується і тим більше тиск і щільність її парів;
  2. тиск і щільність насиченого пара однозначно визначаються його температурою (не залежать від того, яким чином пар досяг цієї температури: при нагріванні або при охолодженні);
  3. в замкнутому посудині (V = const) тиск і щільність пара швидко зростають зі збільшенням температури (рис. 1, а, б). Більш сильне збільшення тиску насиченої пари в порівнянні з ідеальним газом пояснюється тим, що тут відбувається зростання тиску не тільки за рахунок зростання середньої кінетичної енергії молекул (як у ідеального газу), але і за рахунок збільшення концентрації молекул (було помічено, що при нагріванні рівень рідини в закритій посудині знижується, отже, маса і щільність пара зростають). Таким чином, газовий закон для ізохоричного процесу не застосуємо до насиченого пару.
    Над вільною поверхнею рідини завжди є пари цієї рідини Мал. 1
  4. при постійній температурі тиск і щільність насиченого пара не залежать від обсягу. На малюнку 2 для порівняння наведені ізотерми ідеального газу (а) і насиченого пара (б). Досвід показує, що при ізотермічному розширенні рівень рідини в посудині знижується, при стисненні - підвищується, тобто змінюється число молекул пара так, що щільність пара залишається постійною. Таким чином, газовий закон для ізотермічного процесу також не застосовний до насиченого пару;
    Мал. 2
  5. рівняння p = n⋅k⋅T описує стан насиченої пари тільки наближено.

Отже, насичений пар не підкоряється газовим законам ідеального газу. Значення тиску і щільності насиченої пари при заданій температурі визначаються з таблиць (див. Таблицю).

Таблиця. Тиск (р) і щільність (ρ) насичених парів води при різних температурах (t). t, ° С р, кПа ρ, г / м3 0 0,611 4,84 20 2,34 17,3 40 7,37 51,2 60 19,9 130 80 47,3 293 100 101,3 598 120 196 1122

В результаті випаровування води з численних водойм (морів, озер, річок та ін.), А також з рослинних покривів в атмосферному повітрі завжди міститься водяна пара. Від кількості водяної пари, що міститься в повітрі, залежить погода, самопочуття людини, функціонування багатьох його органів, життя рослин, а також збереження технічних об'єктів, архітектурних споруд, творів мистецтв. Тому дуже важливо стежити за вологістю повітря, вміти вимірювати її.

Водяна пара в повітрі зазвичай є ненасиченим. Переміщення повітряних мас, обумовлене в кінцевому рахунку випромінюванням Сонця, призводить до того, що в одних місцях нашої планети в даний момент випаровування води переважає над конденсацією, а в інших, навпаки, переважає конденсація.

Повітря, що містить водяні пари, називають вологим. Для характеристики вмісту водяної пари в повітрі вводять ряд величин: абсолютну вологість і відносну вологість.

Абсолютною вологістю ρ повітря називають величину, чисельно рівну масі водяної пари, що міститься в 1 м3 повітря (тобто щільність водяної пари в повітрі при даних умовах).

В СІ одиницею абсолютної вологості є кілограм на кубічний метр (кг / м3). Іноді використовуються позасистемні одиниці грам на кубічний метр (г / м3).

Абсолютна вологість ρ і тиск p водяної пари пов'язані між собою рівнянням стану

\ (~ P \ cdot V = \ dfrac {m \ cdot M} {R \ cdot T} \ Rightarrow p = \ dfrac {\ rho} {M} \ cdot R \ cdot T \)

Якщо відома тільки абсолютна вологість, ще не можна судити, наскільки сухий або вологий повітря. Для визначення ступеня вологості повітря необхідно знати, близький або далекий водяна пара від насичення.

Відносною вологістю повітря φ називають виражене у відсотках відношення абсолютної вологості до густини ρ0 насиченої пари при даній температурі (або відношення тиску p водяної пари до тиску p 0 насиченої пари при даній температурі):

\ (~ \ Varphi = \ dfrac {\ rho} {\ rho_0} \ cdot 100 \; \%, \; \; ~ \ varphi = \ dfrac {p} {p_0} \ cdot 100 \; \%. \)

Чим менше відносна вологість, тим далі пар від насичення, тим інтенсивніше відбувається випаровування. Тиск насиченої пари p 0 при заданій температурі - величина таблична. Тиск p водяної пари (а значить, і абсолютну вологість) визначають по точці роси.

Нехай при температурі t 1 тиск водяної пари p 1. Стан пара на діаграмі р, t відіб'ється точкою А (рис. 5).

Мал. 5

При изобарном охолодженні до температури t p пар стає насиченим і його стан відіб'ється точкою В. Температуру t p, при якій водяна пара стає насиченим, називають точкою роси. При охолодженні нижче точки роси починається конденсація парів: з'являється туман, випадає роса, запотівають вікна. Точка роси дозволяє визначити тиск водяної пари p 1, що знаходиться в повітрі при температурі t 1.

Дійсно, з малюнка 5 бачимо, що тиск p 1 дорівнює тиску насиченої пари при точці роси p 1 = p 0tp. Отже, \ (~ \ varphi = \ dfrac {p_ {0tp}} {p_0} \ cdot 100 \; \% \)

Психрометр. Гігрометр

При зниженні температури, відносна вологість повітря збільшується. При деякій температурі (точці роси) водяна пара стає насиченим. Подальше зниження температури призводить до того, що утворюється надлишок водяної пари починає конденсуватися у вигляді крапельок роси або туману.

Для визначення відносної вологості повітря, можна штучно знизити температуру повітря в якоїсь обмеженої області до точки роси. Абсолютна вологість і, відповідно, тиск водяної пари при цьому залишаться незмінними. Порівнюючи тиск водяної пари при точці роси з тиском насиченої пари, яке могло б бути при цікавить нас температурі, ми тим самим, знайдемо відносну вологість повітря. Швидкого охолодження можна домогтися при інтенсивному випаровуванні який-небудь летючої рідини. Такий метод застосовують для вимірі вологості за допомогою конденсаційного гігрометра.

Конденсаційний гігрометр складається з металевої коробочки з двома отворами (рис. 6).

6)

Мал. 6

В коробочку заливається ефір. За допомогою гумової груші через коробочку прокачується повітря. Ефір дуже швидко випаровується, температура коробочки і повітря, що знаходиться поблизу неї, знижується, а відносна вологість зростає. При деякій температурі, яка вимірюється термометром, вставленим в отвір приладу, поверхня коробочки покривається дрібними крапельками роси. Щоб точніше зафіксувати момент появи на поверхні коробочки роси, ця поверхня полірується до дзеркального блиску, а поруч з коробочкою для контролю розташовується відполіроване металеве кільце.

В сучасних конденсаційних гігрометра для охолодження дзеркальця користуються напівпровідниковим елементом, принцип дії якого заснований на Пельтье ефекті, а температура дзеркальця вимірюється вмонтованим в нього дротяним опором або напівпровідниковим мікротермометром.

Дія волосяного гігрометра засноване на властивості знежиреного людського волосся змінювати свою довжину при зміні вологості повітря, що дозволяє вимірювати відносну вологість від 30 до 100%. Волос 1 (рис. 7) натягнутий на металеву рамку 2. Зміна довжини волоса передається стрілці 3, яка переміщується вздовж шкали.

Мал. 7

Дія керамічного гігрометра засноване на залежності електричного опору твердої і пористої керамічної маси (суміш глини, кремнію, каоліну і деяких оксидів металу) від вологості повітря.

Відносну вологість визначають також за допомогою психрометра.

Психрометр складається з двох термометрів, кулька одного з них обмотаний тканиною, нижні кінці якої опущені в посудину з дистильованою водою (рис. 8). Сухий термометр реєструє температуру повітря, а вологий - температуру води, що випаровується. Але при випаровуванні рідини її температура знижується. Чим сухіше повітря (менше його відносна вологість), тим інтенсивніше випаровується вода з вологої тканини і тим нижче її температура. Отже, різниця показань сухого і вологого термометрів (так звана Психрометричний різниця) залежить від відносної вологості повітря. Знаючи цю різницю температур, визначають відносну вологість повітря за спеціальними Психрометричний таблицями.

Мал. 8

  • Гігрометр - від греч.Hygros - вологий.
  • Психрометр - від греч.Psychros - холодний + Metreo - вимірюю

Див. також

  1. Гігрометр Wikipedia.org
  2. Вимірювачі вологості повітря і газів (гігрометр ВІТ, гігрометр електронний, гігрометр психометричний ...)
  3. Відносна вологість Wikipedia.org
  4. психрометр Wikipedia.org
  1. Аксеновіч Л. А. Фізика в середній школі: Теорія. Завдання. Тести: Учеб. посібник для установ, що забезпечують отримання заг. середовищ, освіти / Л. А. Аксеновіч, Н.Н.Ракіна, К. С. Фаріно; Під ред. К. С. Фаріно. - Мн .: Адукация i вихаванне, 2004. - C. 197-203.
  2. Жилко В.В. Фізика: Учеб. посібник для 11-го кл. загальноосвіт. шк. з рос. яз. навчання / В.В. Жилко, А.В.Лавріненко, Л.Г. Маркович. - Мн .: Нар. асвета, 2002. - С. 194-203.
  3. відкрита Фізика