Взаимные превращения жидкостей и газов.

5.1. Основные понятия и закономерности.

Между жидкостью и паром (газом), находящимся над ней, может существовать динамическое равновесие, при котором число молекул, покидающих жидкость за некоторое время, равно числу молекул, возвращающихся из пара в жидкость за то же время. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным паром. Давление насыщенного пара не зависит от объёма и определяется только температурой. Газ, который простым сжатием при неизменной температуре можно превратить в жидкость, называется ненасыщенным паром.

В природе существует два процесса перехода из жидкости в газ. Эти процессы - испарение и кипение называют процессами парообразования.

Испарение - это процесс парообразования, происходящий при любой температуре с поверхности жидкости с поглощением энергии.

Скорость испарения зависит от:

1. рода жидкости (плотность вещества)

Температуры жидкости

Атмосферного давления

Площади поверхности жидкости

Движения воздушных масс у поверхности жидкости

6. содержания водяных паров в атмосфере (влажность воздуха)

Кипение - это процесс парообразования, происходящий при определенной температуре во всем объёме жидкости с поглощением энергии.

Температура кипения зависит от:

Рода жидкости

Атмосферного давления

Примесей в жидкости

Конденсация - это обратный процесс парообразования, происходящий с выделением энергии.

Критическая температура - это температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и её насыщенным паром.

Представление о критической температуре ввел Д. Н. Менделеев. Особое значение критической температуры состоит в том, что при температуре выше критической ни при каких давлениях газ нельзя обратить в жидкость.

Вода занимает около 70,8% поверхности земного шара. Живые организмы содержат от 50 до 99,7% воды. Образно говоря, живые организмы - это одушевленная вода. В атмосфере находится около 13-15 тыс.куб. метров воды в виде капель, кристаллов снега и водяного пара. Атмосферный водяной пар влияет на погоду и климат Земли.

Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют парциальным давлением водяного пара. Водяной пар в воздухе не является насыщенным. Почему? Парциальное давление водяного пара принимают за один из показателей влажности воздуха. Его выражают в единицах давления - паскалях или миллиметрах ртутного столба.

По парциальному давлению водяного пара ещё нельзя судить о том, насколько водяной пар в данных условиях близок к насыщению. Поэтому вводят величину, показывающую, насколько водяной пар при данной температуре близок к насыщению, - относительную влажность. Относительной влажностью воздуха называют отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженной в процентах:

Влажность воздуха измеряют с помощью специальных приборов: психрометр, гигрометр, волосяной гигрометр. Психрометр состоит из двух термометров. Резервуар одного из них остаётся сухим, и он показывает температуру воздуха. Резервуар другого окружен полоской ткани, конец которой опущен в воду. Вода испаряется, и благодаря этому термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность воздуха, тем менее интенсивнее идет испарение и тем более высокую температуру показывает термометр, окруженный полоской влажной ткани. При относительной влажности воздуха 100% вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковы. По разности температур этих термометров с помощью специальных таблиц (психрометрических ) можно определить относительную влажность воздуха.

Принцип действия гигрометра во многом отличается. Используя гигрометр определяют точку росы ( температура при выпадает роса ) и по специальному алгоритму определяют относительную влажность воздуха.

В основе действия волосяного гигрометра лежит свойство волоса удлинятся или укорачиваться в зависимости от содержания водяных паров в атмосфере.

Точка росы – температура, при которой выпадает роса. При решении задач на точку росы необходимо использовать следующий алгоритм:

Алгоритм «Точка росы»

1. Определить температуру окружающего воздуха. По таблице зависимости давления насыщенного пара от температуры определить давление Р₀.

2. Определить температуру, при которой выпала роса. По таблице зависимости давления насыщенного пара от температуры определить парциальное давление Р.

3. По формуле выполнить вычисления.

Решение задач

Зад №1 Найти относительную влажность воздуха в комнате при 18⁰С, если точка росы 10⁰С.

Для решения задачи воспользуемся алгоритмом «Точка росы»

1.

2.

3.

Ответ: 59%

Зад №2 Влажный термометр психрометра показывает 10⁰С, а сухой 14⁰С. Найти относительную влажность воздуха.

Для решения данной задачи воспользуемся психрометрической таблицей:

1. Найдем показания сухого термометра (14⁰С)

2. Определим разность в показаниях сухого и влажного термометров

3. На пересечении соответствующих строк и столбца найдем показания психрометра:

Ответ: 60%

Зад №3 Днем при 20⁰С относительная влажность воздуха была 60%. Сколько воды в виде росы выделится из каждого кубического метра воздуха, если температура понизилась до 8⁰С?

Для решения задачи необходимо воспользоваться формулами

нахождения относительной влажности воздуха и уравнением Менделеева.

,

Найдем парциальное давление, зная влажность и давление насыщенного пара: (из таблицы)

Из уравнения Менделеева выразим массу:

Подставим парциальное давление и найдем массу воды.

Ответ: 10г

Твердые тела.

6.1. Основные понятия и закономерности.

Мы живем на поверхности твердого тела - земного шара, в сооружениях, построенных из твердых тел, - домах. Наше тело, хотя и содержит приблизительно 65% воды (мозг - 80%), тоже твердое. Орудия труда, машины также сделаны из твердых тел. Знать свойства твердых тел жизненно необходимо!

Твердые тела делятся на два основных вида: кристаллические и аморфные. Твердые тела сохраняют не только объем, но и форму.

Кристаллические тела - это твердые тела, атомы и молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Примером кристаллических тел могут служить - алмазы, металлы, графит, лед и т.д.

Основные свойства кристаллических тел: