Фізика. Рівень стандарту. 10 клас. Головко

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 27. Випаровування. Властивості насиченої та ненасиченої пари

  • Випаровування
  • Конденсація
  • Насичена і ненасичена пара

ВИПАРОВУВАННЯ. Молекули рідини перебувають у безперервному хаотичному русі. Деякі з них, потрапляючи на її поверхню, можуть залишати рідину і переміщатися у простір над нею. Сукупність молекул над поверхнею рідини утворює пару.

Явище переходу рідини в пару називають пароутворенням.

Пароутворення здійснюється двома способами — випаровуванням і кипінням.

Випаровування — пароутворення, що здійснюється за будь-якої температури з вільної поверхні рідини.

Оскільки з рідини під час випаровування вилітають найшвидші молекули, то середня швидкість руху тих, що залишилися, зменшується. Процес випаровування рідини супроводжується поглинанням енергії. Відповідно, під час випаровування температура рідини знижується.

Випаровування має велике значення в житті людини і тварин. Його ускладнення порушує процес охолодження тіла і може призвести до перегрівання. Після купання поверхня тіла людини охолоджується через випаровування води зі шкіри (при цьому відчувається прохолода, і повітря здається холоднішим, ніж вода).

Завдяки тому, що 2/3 поверхні Землі вкрито водоймами та постійно відбуваються процеси випаровування, підтримується тепловий баланс нашої планети.

Харчові продукти перевозять спеціальними транспортними засобами, обладнаними холодильними пристроями, в роботі яких використовується випаровування рідкого аміаку або двоокису вуглецю.

У місцевостях із жарким кліматом воду намагаються зберігати у пористих глиняних посудинах. Вода, просочуючись крізь пори такої посудини, випаровується, і в результаті цього посудина та вода в ній залишаються прохолодними.

Інтенсивність випаровування залежить від: площі відкритої поверхні рідини (чим більша поверхня, тим більша кількість молекул вилітає з неї), температури (із підвищенням температури процес випаровування відбувається інтенсивніше) та зовнішніх умов. Наприклад, вам відомо, що у вітряну суху погоду мокра білизна сохне значно швидше ніж у безвітряну погоду після дощу. Швидкість випаровування залежить також від природи речовини, що випаровується. Зокрема, вода випаровується швидше за олію, але спирт — швидше за воду. Це пояснюється різними силами взаємодії між молекулами названих речовин.

Досвід доводить, що випаровуватися можуть і тверді тіла. Наприклад, лід, який утворився на калюжі поступово зникає. Процес випаровування твердих речовин називають сублімацією.

КОНДЕНСАЦІЯ. У процесі хаотичного руху деякі молекули, що містяться у парі, можуть повернутись у рідину — відбувається конденсація.

Процес переходу молекул з пари в рідину називають конденсацією.

Конденсацію водяної пари ви можете спостерігати під час її охолодження. Наприклад, улітку, коли надвечір повітря стає прохолодним, водяна пара, що міститься у ньому конденсується, утворюючи краплинки роси на рослинах, а над поверхнею озера можемо спостерігати як стелиться туман — маленькі краплинки води. Над поверхнею води, що кипить, скажімо, в чайнику, також утворюється туман. Водяна ж пара, що міститься в повітрі, — невидима.

Конденсація пари супроводжується виділенням енергії. Цим пояснюється той факт, що одразу після дощу стає дещо тепліше.

НАСИЧЕНА ТА НЕНАСИЧЕНА ПАРА. Процес пароутворення відбувається одночасно з процесом конденсації. Деякі молекули залишають поверхню рідини, інші повертаються. Один із цих процесів може переважати над іншим. Наприклад, якщо залишити склянку з водою на столі, то через деякий час рідина повністю перетвориться на пару. У цьому випадку процес пароутворення переважає над конденсацією. Якщо ж ємкість буде закритою, то рідина в ній зберігатиметься доволі довго — процеси пароутворення та конденсації зрівноважені. Такий стан називають динамічною рівновагою.

Динамічною рівновагою називають стан, за якого кількість молекул, що переходять з рідини в пару, дорівнює кількості молекул, що переходять з пари в рідину.

Накриємо посудину, що містить рідину і пару. Через деякий час між рідиною і парою настане стан динамічної рівноваги. Кількість молекул, що переходять із рідини в пару за певний час, дорівнюватиме кількості молекул, які переходять із пари в рідину (конденсат) за той самий час.

Отже, під час динамічної рівноваги у певному об’ємі за певної температури не може бути вміщено більшої кількості пари, ніж є.

Пару, що перебуває в динамічній рівновазі зі своєю рідиною, називають насиченою. Якщо ж процес пароутворення переважає над конденсацією, то пара є ненасиченою.

Результати спостережень свідчать, що тиск і густина ненасиченої пари залежать від речовини, з якої вона складається, температури, а також об’єму, в якому пара міститься.

Отже, у певному об’ємі за певної температури не може міститися більшої кількості пари відповідної рідини.

Температуру за якої пара стає насиченою називають точкою роси.

Головне в цьому параграфі

Сукупність молекул, що перебувають у просторі над рідиною, називають парою, а процес переходу рідини у стан пари — пароутворенням.

Пароутворення відбувається двома способами — випаровуванням і кипінням.

Випаровування — пароутворення, що відбувається за будь-якої температури з вільної поверхні рідини.

Пару, що перебуває в тепловій динамічній рівновазі зі своєю рідиною, називають насиченою. Густина і тиск насиченої пари за незмінної температури є величинами постійними.

Запитання для самоперевірки

  • 1. Що називають пароутворенням; конденсацією; випаровуванням; парою?
  • 2. Назвіть чинники, від яких залежить інтенсивність випаровування рідини.
  • 3. Поясніть, чому під час випаровування рідини її температура знижується.
  • 4. Яку пару називають насиченою; ненасиченою?
  • 5. Які властивості мають насичена і ненасичена пари?