Випаровування і конденсація

Пар – це газ, утворений з молекул, що володіли достатньою кінетичної енергією, щоб покинути рідина.

Ми звикли до того, що вода та її пар можуть переходити один в одного. Калюжі на асфальті після дощу висихають, а водяна пара в повітрі вранці часто перетворюється на дрібні крапельки туману. Всі рідини мають здатність перетворюватися в пар – переходити в газоподібний стан. Процес переходу рідини в пару називають випаровуванням. Освіта рідини з її парів називають конденсацією.

Молекулярно-кінетична теорія пояснює процес випаровування наступним чином. Відомо (див. §21), що між молекулами рідини діють сила тяжіння, що не дає їм віддалятися один від одного, і середньої кінетичної енергії молекул рідини виявляється недостатньо, щоб подолати сили зчеплення між ними. Проте в кожен даний момент часу різні молекули рідини володіють різною кінетичної енергією, і енергія деяких молекул може в кілька разів перевищувати її середнє значення. Ці високоенергетичних молекули володіють значно більшою швидкістю руху і тому можуть подолати сили тяжіння сусідніх молекул і вилетіти з рідини, утворюючи таким чином пар над її поверхнею (див. Рис.26).

Покинувши рідина молекули, складові пар, безладно рухаються, стикаючись між собою так, як це роблять молекули газу при тепловому русі. При цьому хаотичний рух деяких молекул пара може їх відводити так далеко від поверхні рідини, що вони вже ніколи туди не повертаються. Сприяє цьому, звичайно, і вітер. Навпаки, безладний рух інших молекул може приводити їх назад у рідину, що і пояснює процес конденсації пари.

Вилетіти з рідини можуть тільки молекули, що володіють кінетичної енергією набагато вище середньої, а це значить, при випаровуванні середня енергія залишилися молекул рідини зменшується. А так як середня кінетична енергія молекул рідини, як і газу (див. 23.6), пропорційна температурі, то при випаровуванні температура рідини знижується. Тому нам і стає холодно, як тільки ми виходимо з води, покриті тонкою плівкою рідини, яка відразу починає випаровуватися і охолоджуватися.

Що станеться, якщо посудина з деяким об’ємом рідини закрити кришкою (ріс.26б)? Кожну секунду поверхню рідини і раніше будуть залишати найшвидші молекули, її маса буде зменшуватися, а концентрація молекул пари – збільшуватися. Одночасно з цим в рідину з пара будуть повертатися частина його молекул, і чим більше буде концентрація пари, тим інтенсивніше буде цей процес конденсації. Нарешті, концентрація пари над рідиною стане така висока, що число молекул, що повертаються в рідину в одиницю часу, стане рівним числу молекул, що залишають її. Такий стан називають динамічною рівновагою, а відповідний пар – насиченою парою. Концентрація молекул пари над рідиною не може бути більше їх концентрації в насиченому парі. Якщо концентрація молекул пари менше, ніж в насиченого, то такий пар називають ненасиченим.

Рухомі молекули пари створюють тиск, величина якого, як і для газу, згідно з рівнянням (23.7) пропорційна добутку концентрації цих молекул на температуру. Тому при заданій температурі, чим вище концентрація пари, тим більший тиск він чинить. Тиск насиченої пари залежить від виду рідини і температури. Чим важче відірвати молекули рідини один від одного, тим менше буде тиск її насиченої пари. Так, тиск насиченої пари води при температурі 20оС становить близько 2 кПа, а тиск насичених пара ртуті при 20оС – лише 0,2 Па.

Життя людини, тварин і рослин залежить від концентрації водяної пари (вологості) атмосфери, яка змінюється в широких межах залежно від місця і часу року. Як правило, водяна пара навколо нас є ненасиченим. Відносною вологістю повітря називають відношення тиску водяної пари до тиску насичених парів при тій же температурі, виражене у відсотках. Одним з приладів для вимірювання вологість повітря є психрометр, що складається з двох однакових термометрів, один з яких обгорнутий вологою тканиною (див. Б на рис. 26в). Коли вологість повітря менше 100%, вода з тканини буде випаровуватися, а термометр Б – охолоджуватися, показуючи меншу температуру, ніж А. І чим менше буде вологість повітря, тим більше буде різниця, Dt між показаннями термометрів А і Б. За допомогою спеціальної психрометричні таблиці по цій різниці температур можна визначити вологість повітря.

Питання для повторення:

· Як відбувається випаровування і конденсація рідини?

· Що таке насичений пар?

· Як вимірюють відносну вологість повітря?

Посилання на основну публікацію