Главная >> Физика 10 класс. Мякишев

Глава 11. Взаимные превращения жидкостей и газов

§ 68. Насыщенный пар

Молекулярно-кинетическая теория позволяет не только понять, почему вещество может находиться в газообразном, жидком и твёрдом состояниях, но и объяснить процесс перехода вещества из одного состояния в другое.

Вспомните, что представляет собой модель идеального газа. Можно ли с помощью этой модели объяснить явление конденсации?

Идеальный газ нельзя превратить в жидкость. В жидкость превращается реальный газ.

Испарение и конденсация. Молекулы жидкости движутся беспорядочно. Чем выше температура жидкости, тем больше кинетическая энергия молекул. Среднее значение кинетической энергии молекул при заданной температуре имеет определённое значение. Но у каждой молекулы кинетическая энергия в данный момент времени может оказаться как меньше, так и больше средней. В какой-то момент времени кинетическая энергия отдельных молекул может стать настолько большой, что они окажутся способными вылететь из жидкости, преодолев силы притяжения остальных молекул.

Запомни Процесс превращения жидкости в пар называется испарением.

При этом процессе число молекул, покидающих жидкость за определённый промежуток времени, больше числа молекул, возвращающихся в неё.

Плотно закрытый флакон с духами может стоять очень долго, и количество духов в нём не изменится. Если же флакон оставить открытым, то через достаточно продолжительное время вы увидите, что жидкости в нём нет. Жидкость, в которой растворены ароматические вещества, испарилась. Гораздо быстрее испаряется (высыхает) лужа на асфальте, особенно если высока температура воздуха и дует ветер.

Если поток воздуха над сосудом уносит с собой образовавшиеся пары жидкости, то жидкость испаряется быстрее, так как у молекулы пара уменьшается возможность вновь вернуться в жидкость. Чем выше температура жидкости, тем большее число молекул имеет достаточную для вылета из жидкости кинетическую энергию, тем быстрее идёт испарение.

При испарении жидкость покидают более быстрые молекулы, поэтому средняя кинетическая энергия молекул жидкости уменьшается.

Смочив руку какой-нибудь быстро испаряющейся жидкостью (например, бензином или ацетоном), вы тут же почувствуете сильное охлаждение смоченного места. Охлаждение этого места усилится, если на руку подуть.

Процесс испарения происходит со свободной поверхности жидкости. Если лишить жидкость возможности испаряться, то охлаждение её будет происходить гораздо медленнее.

Вспомните, как долго остывает жирный бульон. Слой жира на его ности мешает выходу быстрых молекул воды. Жидкость почти не испаряется, и её температура падает медленно (сам жир испаряется крайне медленно, так как чего большие молекулы более прочно сцеплены друг с другом, чем молекулы воды).

Вылетевшая молекула принимает участие в беспорядочном тепловом движении газа. Беспорядочно двигаясь, она может навсегда удалиться от поверхности жидкости, находящейся в открытом сосуде, но может и вернуться снова в жидкость.

Запомни Процесс превращения пара в жидкость называется конденсацией.

При этом процессе число молекул, возвращающихся в жидкость за определённый промежуток времени, больше числа молекул, покидающих её.

Обсудите с товарищем, как можно ускорить процессы испарения жидкости и конденсации пара. Как и почему изменяется температура поверхности, на которой происходит конденсация пара?

Насыщенный пар. Если сосуд с жидкостью плотно закрыть, то сначала количество жидкости уменьшится, а затем будет оставаться постоянным. При неизменной температуре система жидкость—пар придёт в состояние теплового равновесия и будет находиться в нём сколь угодно долго. Одновременно с процессом испарения происходит и конденсация, оба процесса в среднем компенсируют друг друга.

В первый момент, после того как жидкость нальют в сосуд и закроют его, жидкость будет испаряться и плотность пара над ней будет увеличиваться. Однако одновременно с этим будет расти и число молекул, возвращающихся в жидкость. Чем больше плотность пара, тем большее число его молекул возвращается в жидкость. В результате в закрытом сосуде при постоянной температуре установится динамическое (подвижное) равновесие между жидкостью и паром.

Запомни Динамическое равновесие — это состояние, при котором число молекул, покидающих поверхность жидкости за некоторый промежуток времени, будет равно в среднем числу молекул пара, возвратившихся за то же время в жидкость.

Для воды при комнатной температуре это число приблизительно равно 10²² молекул за время, равное 1 с (на 1 см² площади поверхности).

Запомни Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным паром.

Согласно этому определению в данном объёме при данной температуре не может находиться большее количество пара.

Если воздух из сосуда с жидкостью предварительно откачан, то в сосуде над поверхностью жидкости будет находиться только её насыщенный пар.

Ключевые слова для поиска информации по теме параграфа. Испарение. Конденсация. Насыщенный пар

Вопросы к параграфу

1. Почему в жару собака высовывает язык?

2. Приведите примеры динамического равновесия, подобного динамическому равновесию насыщенного пара и жидкости.

3. Какой пар называется насыщенным?

Образцы заданий ЕГЭ А1. При какой температуре молекулы могут покидать поверхность воды? 1) только при температуре кипения 2) только при температуре выше 100 °С 3) только при температуре выше 20 °С 4) при любой температуре выше 0 °С А2. Хаотичность теплового движения молекул жидкости приводит к тому, что 1) жидкость в открытом сосуде испаряется при любой температуре 2) температура жидкости во время её кипения не изменяется 3) жидкость трудно сжать 4) жидкость при охлаждении кристаллизуется А3. Вода может испаряться 1) только при кипении 2) только при нагревании 3) при любой температуре, если пар в воздухе над поверхностью воды является ненасыщенным 4) при любой температуре, если пар в воздухе над поверхностью воды является насыщенным А4.Часть воды испарилась из чашки при отсутствии теплообмена с окружающей средой. Температура воды, оставшейся в чашке, 1) увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась 4) увеличилась или уменьшилась в зависимости от скорости испарения А5. Закупоренную бутылку, которая наполовину заполнена квасом, из тёплой комнаты переносят на холодный балкон. Через некоторое время устанавливается тепловое равновесие. Какое из приведённых ниже утверждений верное? В начальном состоянии водяной пар в бутылке являлся 1) насыщенным паром, в конечном состоянии — ненасыщенным 2) ненасыщенным паром, в конечном состоянии — насыщенным 3) насыщенным паром, в конечном состоянии — тоже насыщенным 4) ненасыщенным паром, в конечном состоянии — тоже ненасыщенным