Vriaci. Tlak nasýtených pár verzus teplota

Procesy vyparovania a kondenzácie sú nepretržité a navzájom paralelné.

V otvorenej nádobe sa množstvo tekutiny časom znižuje, pretože. prevažuje odparovanie nad kondenzáciou.

Para, ktorá je nad povrchom kvapaliny, keď vyparovanie prevažuje nad kondenzáciou, alebo para v neprítomnosti kvapaliny, sa nazýva nenasýtené.

V hermeticky uzavretej nádobe sa hladina kvapaliny časom nemení, pretože vyparovanie a kondenzácia sa navzájom kompenzujú: koľko molekúl z kvapaliny vyletí, koľko z nich sa do nej za rovnaký čas vráti, nastáva dynamická (pohyblivá) rovnováha medzi parou a jej kvapalinou.

Para, ktorá je v dynamickej rovnováhe so svojou kvapalinou, sa nazýva nasýtený.

Pri danej teplote má nasýtená para akejkoľvek kvapaliny najvyššiu hustotu ( ) a vytvára maximálny tlak ( ), ktoré môže mať para tejto kvapaliny pri danej teplote.

Tlak a hustota nasýtených pár pri rovnakej teplote závisí od typu látky: väčší tlak vytvára nasýtenú paru kvapaliny, ktorá sa rýchlejšie odparuje. Napríklad a

Vlastnosti nenasýtených pár: Nenasýtené pary sa riadia zákonmi Boyle - Mariotte, Gay-Lussac, Charles a dá sa na ne aplikovať stavová rovnica ideálneho plynu.

Vlastnosti nasýtených pár:1. Pri konštantnom objeme so zvyšujúcou sa teplotou tlak nasýtených pár rastie, ale nie priamoúmerne (nie je splnený Karolov zákon), tlak rastie rýchlejšie ako pri ideálnom plyne. , so zvyšujúcou sa teplotou ( ) , hmotnosť pary sa zvyšuje, a preto sa zvyšuje koncentrácia molekúl pary () a tlak nasýtenej pary sa topí z dvoch dôvodov (

3 1 – nenasýtená para (ideálny plyn);

2 2 - nasýtená para; 3 - nesýtená para,

1 získané z nasýtenej pary v tom istom

objem pri zahriatí.

2. Tlak nasýtenej pary pri konštantnej teplote nezávisí od objemu, ktorý zaberá.

So zväčšovaním objemu sa hmotnosť pary zvyšuje a hmotnosť kvapaliny klesá (časť kvapaliny prechádza do pary), so znižovaním objemu pary sa zmenšuje a kvapalina sa zväčšuje (časť pary prechádza do kvapaliny), hustota a koncentrácia molekúl nasýtenej pary preto zostávajú konštantné a tlak zostáva konštantný ().

kvapalina

(sat. para + kvapalina)

Nenasýtené para

Nasýtené pary sa neriadia zákonmi Boyle - Mariotte, Gay-Lussac, Charles, pretože hmotnosť pár v procesoch nezostáva konštantná a všetky zákony týkajúce sa plynu sa získajú pre konštantnú hmotnosť. Stavovú rovnicu ideálneho plynu možno aplikovať na nasýtenú paru.

takze Nasýtenú paru možno premeniť na nenasýtenú paru buď jej ohrevom na konštantný objem, alebo zväčšením jej objemu pri konštantnej teplote. Nenasýtenú paru je možné premeniť na nasýtenú paru buď jej ochladením na konštantný objem alebo stlačením pri konštantnej teplote.

Kritická situácia

Prítomnosť voľného povrchu v kvapaline umožňuje určiť, kde sa nachádza kvapalná fáza látky a kde je plynná. Ostrý rozdiel medzi kvapalinou a jej parou sa vysvetľuje skutočnosťou, že hustota kvapaliny je mnohonásobne väčšia ako hustota pary. Ak sa kvapalina zahrieva v hermeticky uzavretej nádobe, v dôsledku expanzie sa jej hustota zníži a hustota pár nad ňou sa zvýši. To znamená, že rozdiel medzi kvapalinou a jej nasýtenou parou sa vyrovná a úplne zmizne pri dostatočne vysokej teplote. Teplota, pri ktorej miznú rozdiely vo fyzikálnych vlastnostiach medzi kvapalinou a jej nasýtenou parou a ich hustoty sa stávajú rovnakými, sa nazývakritická teplota.

Kritický bod

Na vytvorenie kvapaliny z plynu musí priemerná potenciálna energia príťažlivosti molekúl prekročiť ich priemernú kinetickú energiu.

Kritická teplota – Maximálna teplota, pri ktorej sa para mení na kvapalinu. Kritická teplota závisí od potenciálnej energie molekulárnej interakcie, a preto je rozdielna pre rôzne plyny. Vďaka silnej interakcii molekúl vody sa vodná para môže meniť na vodu už pri teplote . Súčasne dochádza k skvapalňovaniu dusíka iba pri teplote nižšej ako = -147˚, pretože molekuly dusíka medzi sebou slabo interagujú.

Ďalším makroskopickým parametrom, ktorý ovplyvňuje prechod para-kvapalina, je tlak. So zvýšením vonkajšieho tlaku počas kompresie plynu sa priemerná vzdialenosť medzi časticami znižuje, sila príťažlivosti medzi nimi sa zvyšuje a podľa toho aj priemerná potenciálna energia ich interakcie.

Tlaknasýtená para pri jej kritickej teplote sa nazýva kritický. Ide o najvyšší možný tlak nasýtených pár danej látky.

Stav hmoty s kritickými parametrami je tzv kritický(kritický bod) . Každá látka má svoju vlastnú kritickú teplotu a tlak.

V kritickom stave mizne merné výparné teplo a koeficient povrchového napätia kvapaliny. Pri teplotách nad kritickou hodnotou, dokonca aj pri veľmi vysokých tlakoch, je premena plynu na kvapalinu nemožná; nad kritickou teplotou kvapalina nemôže existovať. Pri nadkritických teplotách je možný iba stav pary.

Skvapalnenie plynov je možné len pri teplotách pod kritickou teplotou. Na skvapalnenie sa plyny ochladzujú na kritickú teplotu, napríklad adiabatickou expanziou, a potom sa izotermicky stláčajú.

Vriaci

Vonkajšie jav vyzerá takto: z celého objemu kvapaliny vystupujú na povrch rýchlo rastúce bubliny, ktoré praskajú na povrchu a para sa uvoľňuje do okolia.

MKT vysvetľuje varenie takto: v kvapaline sú vždy vzduchové bubliny, v ktorých dochádza k vyparovaniu z kvapaliny. Ukazuje sa, že uzavretý objem bublín je naplnený nielen vzduchom, ale aj nasýtenou parou. Tlak nasýtených pár v nich pri zahrievaní kvapaliny rastie rýchlejšie ako tlak vzduchu. Keď sa tlak nasýtených pár v bublinách v dostatočne zohriatej kvapaline stane väčším ako vonkajší tlak, zväčšia svoj objem a vztlaková sila, ktorá prevyšuje ich gravitáciu, dvíha bubliny k povrchu. Plávajúce bubliny začnú praskať, keď pri určitej teplote tlak nasýtených pár v nich prekročí tlak nad kvapalinou. Teplota kvapaliny, pri ktorej je tlak jej nasýtenej pary v bublinách rovnaký alebo väčší ako vonkajší tlak na kvapalinu, sa nazýva bod varu.

Teplota varu rôznych kvapalín je rôzna, pretože tlak nasýtených pár v ich bublinách sa porovnáva s rovnakým vonkajším tlakom pri rôznych teplotách. Napríklad tlak nasýtených pár v bublinách sa rovná normálnemu atmosférickému tlaku pre vodu pri 100 °C, pre ortuť pri 357 °C, pre alkohol pri 78 °C, pre éter pri 35 °C.

Bod varu zostáva počas procesu varu konštantný, pretože všetko teplo, ktoré sa dodáva ohrievanej kvapaline, sa spotrebuje na odparovanie.

Bod varu závisí od vonkajšieho tlaku na kvapalinu: so zvyšujúcim sa tlakom teplota stúpa; pri znižovaní tlaku klesá teplota. Napríklad v nadmorskej výške 5 km nad morom, kde je tlak 2-krát nižší ako atmosférický tlak, je bod varu vody 83 °C, v kotloch parných strojov, kde je tlak pary 15 atm. (), teplota vody je asi 200˚С.

Vlhkosť vzduchu

Vo vzduchu je vždy vodná para, preto môžeme hovoriť o vlhkosti vzduchu, ktorá je charakterizovaná nasledujúcimi hodnotami:

1.Absolútna vlhkosť je hustota vodnej pary vo vzduchu (alebo tlak, ktorý táto para vytvára ( .

Absolútna vlhkosť nedáva predstavu o stupni nasýtenia vzduchu vodnou parou. Rovnaké množstvo vodnej pary pri rôznych teplotách vytvára odlišný pocit vlhkosti.

2.Relatívna vlhkosť je pomer hustoty (tlaku) vodnej pary obsiahnutej vo vzduchu pri danej teplote k hustote (tlaku) nasýtenej pary pri rovnakej teplote : alebo

je absolútna vlhkosť pri danej teplote; - hustota, tlak nasýtených pár pri rovnakej teplote. Hustotu a tlak nasýtenej vodnej pary pri akejkoľvek teplote nájdete v tabuľke. Tabuľka ukazuje, že čím vyššia je teplota vzduchu, tým väčšia musí byť hustota a tlak vodnej pary vo vzduchu, aby bol nasýtený.

Keď poznáte relatívnu vlhkosť, môžete pochopiť, koľko percent vodnej pary vo vzduchu pri danej teplote je ďaleko od nasýtenia. Ak je para vo vzduchu nasýtená, potom . Ak , potom nie je dostatok pary vo vzduchu do stavu nasýtenia.

Skutočnosť, že para vo vzduchu sa nasýti, sa posudzuje podľa vzhľadu vlhkosti vo forme hmly, rosy. Teplota, pri ktorej sa vodná para vo vzduchu nasýti, sa nazýva rosný bod.

Para vo vzduchu môže byť nasýtená pridaním pary v dôsledku dodatočného odparovania kvapaliny bez zmeny teploty vzduchu alebo znížením jej teploty s množstvom pary vo vzduchu.

Normálna relatívna vlhkosť vzduchu, najpriaznivejšia pre človeka, je 40 - 60%. Veľký význam má znalosť vlhkosti v meteorológii pre predpoveď počasia. Pri tkaní, cukrárskej výrobe je pre normálny priebeh procesu nevyhnutná určitá vlhkosť. Skladovanie umeleckých diel a kníh vyžaduje udržiavanie vlhkosti na požadovanej úrovni.

Prístroje na zvlhčovanie:

1. Kondenzačný vlhkomer (umožňuje určiť rosný bod).

2. Vlasový vlhkomer (na základe dĺžky vlasov bez tuku verzus vlhkosť) meria relatívnu vlhkosť v percentách.

3. Psychrometer pozostáva z dvoch suchých a vlhkých teplomerov. Vlhká žiarovka je zabalená do látky namočenej vo vode. V dôsledku vyparovania z tkaniny je teplota navlhčenej látky nižšia ako teplota suchej. Rozdiel v údajoch teplomera závisí od vlhkosti okolitého vzduchu: čím je vzduch suchší, tým intenzívnejšie je vyparovanie z látky, tým väčší je rozdiel v údajoch na teplomere a naopak. Ak je vlhkosť vzduchu 100%, tak sú údaje teplomerov rovnaké, t.j. rozdiel v odčítaní je 0. Na určenie vlhkosti pomocou psychrometra sa používa psychrometrická tabuľka.

Topenie a kryštalizácia

Pri tavení pevného telesa sa vzdialenosť medzi časticami tvoriacimi kryštálovú mriežku zväčšuje a samotná mriežka sa ničí. Proces tavenia vyžaduje energiu. Pri zahrievaní pevného telesa sa zvyšuje kinetická energia vibrujúcich molekúl a tým aj amplitúda ich kmitov. Pri určitej teplote, tzv bod topenia, je narušený poriadok v usporiadaní častíc v kryštáloch, kryštály strácajú svoj tvar. Látka sa topí, mení sa z pevného skupenstva na kvapalné.

Počas kryštalizácie dochádza ku konvergencii molekúl, ktoré tvoria kryštálovú mriežku. Kryštalizácia môže nastať iba vtedy, keď kvapalina uvoľňuje energiu. Keď sa roztavená látka ochladí, priemerná kinetická energia a rýchlosť molekúl sa zníži. Príťažlivé sily môžu udržať častice blízko rovnovážnej polohy. Pri určitej teplote, tzv teplota tuhnutia (kryštalizácie), všetky molekuly sú v polohe stabilnej rovnováhy, ich usporiadanie sa stáva usporiadaným - vzniká kryštál.

K topeniu tuhej látky dochádza pri rovnakej teplote, pri ktorej látka tuhne.

Každá látka má svoj vlastný bod topenia. Napríklad teploty topenia pre hélium sú -269,6˚С, pre ortuť -38,9˚С, pre meď 1083˚С.

Počas procesu tavenia zostáva teplota konštantná. Množstvo tepla dodávaného zvonku vedie k deštrukcii kryštálovej mriežky.

Počas procesu vytvrdzovania sa síce teplo odoberá, ale teplota sa nemení. Energia uvoľnená pri kryštalizácii sa využíva na udržanie konštantnej teploty.

Kým sa všetka látka neroztopí alebo všetka látka stuhne, t.j. pokiaľ tuhá a kvapalná fáza látky existujú spolu, teplota sa nemení.

TV+tekutina kvapalina + tv

, kde je množstvo tepla, - množstvo tepla potrebného na roztavenie látky uvoľnenej pri kryštalizácii látky hmotnostne

- špecifické teplo topenia– množstvo tepla potrebného na roztavenie 1 kg látky pri jej teplote topenia.

Aké množstvo tepla sa spotrebuje pri tavení určitej hmoty látky, také isté množstvo tepla sa uvoľní pri kryštalizácii tejto hmoty.

Tiež nazývaný špecifické kryštalizačné teplo.

Pri teplote topenia je vnútorná energia látky v kvapalnom stave väčšia ako vnútorná energia rovnakej hmotnosti látky v pevnom stave.

Pri veľkom počte látok sa objem pri tavení zväčšuje a hustota klesá. Naopak, pri vytvrdzovaní sa objem zmenšuje a hustota sa zvyšuje. Napríklad pevné kryštály naftalénu klesajú v tekutom naftaléne.

Niektoré látky, napríklad bizmut, ľad, gálium, liatina atď., sa pri roztavení zmršťujú a pri stuhnutí expandujú. Tieto odchýlky od všeobecného pravidla sa vysvetľujú zvláštnosťami štruktúry kryštálových mriežok. Preto je voda hustejšia ako ľad, ľad pláva vo vode. Expanzia vody počas mrazenia vedie k zničeniu hornín.

Zmena objemu kovov pri tavení a tuhnutí je v zlievarenskom podnikaní nevyhnutná.

Skúsenosti to ukazujú zmena vonkajšieho tlaku na pevnú látku sa odráža v teplote topenia tejto látky. U tých látok, ktoré sa pri tavení rozťahujú, vedie zvýšenie vonkajšieho tlaku k zvýšeniu teploty topenia, pretože. bráni procesu tavenia. Ak sa látky počas topenia stlačia, potom pre nich zvýšenie vonkajšieho tlaku vedie k zníženiu teploty topenia, pretože napomáha procesu tavenia. Len veľmi veľké zvýšenie tlaku výrazne zmení teplotu topenia. Napríklad, ak chcete znížiť bod topenia ľadu o 1˚C, tlak sa musí zvýšiť o 130 atm. Teplota topenia látky pri normálnom atmosférickom tlaku sa nazýva bod topenia látky.

V tejto lekcii budeme analyzovať vlastnosti trochu špecifického plynu - nasýtenej pary. Definujeme tento plyn, poukážeme na to, ako sa zásadne líši od ideálnych plynov, ktoré sme uvažovali skôr, a konkrétnejšie, ako sa líši závislosť tlaku nasýteného plynu. Aj v tejto lekcii sa zváži a opíše taký proces ako varenie.

Aby ste pochopili rozdiely medzi nasýtenou parou a ideálnym plynom, musíte si predstaviť dva experimenty.

Najprv si vezmeme hermeticky uzavretú nádobu s vodou a začneme ju ohrievať. So zvyšujúcou sa teplotou budú mať molekuly kvapaliny rastúcu kinetickú energiu a čoraz väčší počet molekúl bude môcť z kvapaliny uniknúť (pozri obr. 2), preto sa zvýši koncentrácia pary a následne aj jej tlak. Takže prvá pozícia:

Tlak nasýtených pár závisí od teploty

Ryža. 2.

Toto ustanovenie je však celkom očakávané a nie také zaujímavé ako nasledujúce. Ak umiestnite kvapalinu s jej nasýtenou parou pod pohyblivý piest a začnete tento piest spúšťať, potom sa nepochybne zvýši koncentrácia nasýtenej pary v dôsledku zníženia objemu. Po určitom čase sa však para presunie s kvapalinou do novej dynamickej rovnováhy kondenzáciou prebytočného množstva pary a tlak sa nakoniec nezmení. Druhá pozícia teórie nasýtenej pary:

Tlak nasýtených pár nezávisí od objemu

Teraz je potrebné poznamenať, že tlak nasýtených pár, hoci závisí od teploty, je ako ideálny plyn, ale povaha tejto závislosti je trochu odlišná. Faktom je, že ako vieme zo základnej rovnice MKT, tlak plynu závisí od teploty aj koncentrácie plynu. A preto tlak nasýtených pár závisí od teploty nelineárne, kým sa koncentrácia pár nezvýši, teda kým sa všetka kvapalina neodparí. Nižšie uvedený graf (obr. 3) znázorňuje charakter závislosti tlaku nasýtených pár od teploty,

Ryža. 3

navyše prechod z nelineárneho úseku na lineárny znamená len bod vyparenia celej kvapaliny. Keďže tlak nasýteného plynu závisí len od teploty, je možné absolútne jednoznačne určiť, aký bude tlak nasýtených pár pri danej teplote. Tieto pomery (rovnako ako hodnoty hustoty nasýtenej pary) sú uvedené v špeciálnej tabuľke.

Obráťme teraz svoju pozornosť na taký dôležitý fyzikálny proces, akým je varenie. V ôsmom ročníku už bol var definovaný ako proces vyparovania intenzívnejší ako vyparovanie. Teraz tento koncept trochu rozšírime.

Definícia. Vriaci- proces vyparovania prebiehajúci v celom objeme kvapaliny. Aký je mechanizmus varu? Faktom je, že vo vode je vždy rozpustený vzduch a v dôsledku zvýšenia teploty sa jeho rozpustnosť znižuje a tvoria sa mikrobubliny. Keďže dno a steny nádoby nie sú dokonale hladké, tieto bubliny priľnú k nerovnostiam na vnútornej strane nádoby. Teraz úsek voda-vzduch existuje nielen na povrchu vody, ale aj vo vnútri objemu vody a molekuly vody začínajú prechádzať do bublín. Vo vnútri bublín sa tak objaví nasýtená para. Ďalej tieto bubliny začnú plávať, zväčšia svoj objem a poberú do seba väčší počet molekúl vody a prasknú na hladine a uvoľnia nasýtenú paru do okolia (obr. 4).

Ryža. 4. Proces varu ()

Podmienkou vzniku a stúpania týchto bublín je nasledujúca nerovnosť: tlak nasýtených pár musí byť väčší alebo rovný atmosférickému tlaku.

Pretože tlak nasýtených pár závisí od teploty, bod varu je určený tlakom prostredia: čím je nižší, tým nižšia je teplota, pri ktorej kvapalina vrie, a naopak.

V ďalšej lekcii začneme uvažovať o vlastnostiach tuhých telies.

Bibliografia

1. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Molekulárna fyzika. Termodynamika. - M.: Drop, 2010.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. 10. ročník z fyziky. - M.: Ileksa, 2005.
3. Kasyanov V.A. 10. ročník z fyziky. - M.: Drop, 2010.

1. Physics.ru ().
2. Chemport.ru ().
3. Narod.ru ().

Domáca úloha

1. Stránka 74: č. 546-550. fyzika. Kniha úloh. 10-11 ročníkov. Rymkevič A.P. - M.: Drop, 2013. ()
2. Prečo horolezci nemôžu uvariť vajcia vo výške?
3. Akými spôsobmi môžete schladiť horúci čaj? Zdôvodnite ich z hľadiska fyziky.
4. Prečo by sa mal po prevarení vody znížiť tlak plynu na horáku?
5. * Ako sa dá zohriať voda nad sto stupňov Celzia?

>>Fyzika: Závislosť tlaku nasýtených pár od teploty. Vriaci

Kvapalina sa len tak nevyparí. Vrie pri určitej teplote.
Tlak nasýtených pár verzus teplota. Stav nasýtenej pary, ako ukazuje skúsenosť (hovorili sme o tom v predchádzajúcom odseku), je približne opísaný stavovou rovnicou ideálneho plynu (10.4) a jej tlak je určený vzorcom

Keď teplota stúpa, tlak stúpa. Ako Tlak nasýtených pár nezávisí od objemu, preto závisí iba od teploty.
Avšak závislosť r n.p. od T, zistené experimentálne, nie je priamo úmerné, ako v ideálnom plyne pri konštantnom objeme. So zvyšujúcou sa teplotou sa tlak skutočnej nasýtenej pary zvyšuje rýchlejšie ako tlak ideálneho plynu ( obr.11.1, úsek krivky AB). Toto je zrejmé, ak cez body nakreslíme izochóry ideálneho plynu ALE a AT(prerušované čiary). Prečo sa to deje?

Keď sa kvapalina zahrieva v uzavretej nádobe, časť kvapaliny sa zmení na paru. Výsledkom je, že podľa vzorca (11.1) tlak nasýtených pár sa zvyšuje nielen v dôsledku zvýšenia teploty kvapaliny, ale aj v dôsledku zvýšenia koncentrácie molekúl (hustoty) pary. V zásade je nárast tlaku so zvyšujúcou sa teplotou presne určený nárastom koncentrácie. Hlavný rozdiel v správaní ideálneho plynu a nasýtenej pary je v tom, že pri zmene teploty pary v uzavretej nádobe (alebo pri zmene objemu pri konštantnej teplote) sa mení hmotnosť pary. Kvapalina sa čiastočne mení na paru, alebo naopak, para čiastočne kondenzuje. S ideálnym plynom sa nič také nestane.
Keď sa všetka kvapalina odparí, para prestane byť pri ďalšom zahrievaní nasýtená a jej tlak pri konštantnom objeme sa zvýši priamo úmerne k absolútnej teplote (pozri obr. obr.11.1, úsek krivky slnko).
. So zvyšujúcou sa teplotou kvapaliny sa zvyšuje rýchlosť vyparovania. Nakoniec tekutina začne vrieť. Pri vare sa v celom objeme kvapaliny tvoria rýchlo rastúce bubliny pár, ktoré plávajú na povrch. Teplota varu kvapaliny zostáva konštantná. Je to preto, že všetka energia dodávaná kvapaline sa vynakladá na jej premenu na paru. Za akých podmienok začína varenie?
V kvapaline sú vždy prítomné rozpustené plyny, ktoré sa uvoľňujú na dne a stenách nádoby, ako aj na prachové častice suspendované v kvapaline, ktoré sú centrami odparovania. Kvapalné pary vo vnútri bublín sú nasýtené. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje tlak pary a bubliny sa zväčšujú. Pôsobením vztlakovej sily sa vznášajú nahor. Ak majú horné vrstvy kvapaliny nižšiu teplotu, potom para kondenzuje v bublinách v týchto vrstvách. Tlak rýchlo klesá a bubliny sa zrútia. Kolaps je taký rýchly, že steny bubliny sa zrazia a vyvolajú niečo ako výbuch. Mnohé z týchto mikrovýbuchov vytvárajú charakteristický hluk. Keď sa tekutina dostatočne zahreje, bublinky prestanú srážať a vyplávajú na povrch. Kvapalina bude vrieť. Pozorne sledujte kanvicu na sporáku. Zistíte, že pred varením takmer prestane vydávať hluk.
Závislosť tlaku nasýtených pár od teploty vysvetľuje, prečo bod varu kvapaliny závisí od tlaku na jej povrchu. Bublina pary môže rásť, keď tlak nasýtenej pary v nej mierne prevyšuje tlak v kvapaline, ktorý je súčtom tlaku vzduchu na povrchu kvapaliny (vonkajší tlak) a hydrostatického tlaku v stĺpci kvapaliny.
Venujme pozornosť tomu, že k vyparovaniu kvapaliny dochádza pri teplotách nižších ako je bod varu, a to iba z povrchu kvapaliny, pri vare dochádza k tvorbe pary v celom objeme kvapaliny.
Var začína pri teplote, pri ktorej sa tlak nasýtenej pary v bublinách rovná tlaku v kvapaline.
Čím väčší je vonkajší tlak, tým vyšší je bod varu. Takže v parnom kotli pri tlaku dosahujúcom 1,6 10 6 Pa voda nevrie ani pri teplote 200°C. V zdravotníckych zariadeniach v hermeticky uzavretých nádobách - autokláve ( obr.11.2) voda tiež vrie pri zvýšenom tlaku. Preto je bod varu kvapaliny oveľa vyšší ako 100 °C. Autoklávy sa používajú na sterilizáciu chirurgických nástrojov atď.

A naopak, znížením vonkajšieho tlaku, tým znížime bod varu. Odčerpaním vzduchu a vodnej pary z banky môžete priviesť vodu k varu pri izbovej teplote ( obr.11.3). Ako stúpate na hory, atmosférický tlak klesá, takže bod varu klesá. V nadmorskej výške 7134 m (vrchol Lenina v Pamíre) je tlak približne 4 10 4 Pa ​​​​ (300 mm Hg). Voda tam vrie okolo 70°C. Za týchto podmienok nie je možné variť mäso.

Každá kvapalina má svoj vlastný bod varu, ktorý závisí od tlaku jej nasýtených pár. Čím vyšší je tlak nasýtených pár, tým nižší je bod varu kvapaliny, pretože pri nižších teplotách sa tlak nasýtených pár rovná atmosférickému tlaku. Napríklad pri teplote varu 100 ° C je tlak nasýtenej vodnej pary 101 325 Pa (760 mm Hg) a pary ortuti iba 117 Pa (0,88 mm Hg). Ortuť vrie pri 357 °C pri normálnom tlaku.
Kvapalina vrie, keď sa tlak nasýtených pár rovná tlaku vo vnútri kvapaliny.

???
1. Prečo sa teplota varu zvyšuje so zvyšujúcim sa tlakom?
2. Prečo je pri vare nevyhnutné zvýšiť tlak nasýtených pár v bublinách a nie zvýšiť tlak vzduchu v nich prítomného?
3. Ako priviesť kvapalinu do varu ochladzovaním nádoby? (Toto je zložitá otázka.)

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, 10. ročník fyziky

Obsah lekcie zhrnutie lekcie podpora rámcová lekcia prezentácia akceleračné metódy interaktívne technológie Cvičte úlohy a cvičenia sebaskúšanie workshopy, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusia otázky rečnícke otázky študentov Ilustrácie audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafika, tabuľky, schémy humor, anekdoty, vtipy, komiksové podobenstvá, výroky, krížovky, citáty Doplnky abstraktyčlánky čipy pre zvedavých cheat sheets učebnice základný a doplnkový slovník pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a vyučovacích hodínoprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu v učebnici prvky inovácie v lekcii nahradenie zastaraných vedomostí novými Len pre učiteľov perfektné lekcie kalendárny plán na rok metodické odporúčania programu diskusie Integrované lekcie

Ak máte opravy alebo návrhy pre túto lekciu,

A čo sa stane s nasýtenou parou, ak sa objem, ktorý zaberá, zníži? Napríklad, ak stlačíte paru, ktorá je v rovnováhe s kvapalinou vo valci pod piestom, pričom teplota obsahu valca zostane konštantná.

Keď sa para stlačí, rovnováha sa začne narúšať. Hustota pary sa v prvom momente mierne zvýši a viac molekúl začne prechádzať z plynu do kvapaliny ako z kvapaliny do plynu. Koniec koncov, počet molekúl opúšťajúcich kvapalinu za jednotku času závisí len od teploty a stlačenie pary toto číslo nemení. Proces pokračuje, kým sa opäť neustanoví dynamická rovnováha a hustota pár, a preto koncentrácia jeho molekúl nebude mať rovnakú hodnotu. preto koncentrácia molekúl nasýtenej pary pri konštantnej teplote nezávisí od jej objemu.

Pretože tlak je úmerný koncentrácii molekúl (p = nkT), potom z tejto definície vyplýva, že tlak nasýtených pár je nezávislýoton objemu, ktorý zaberá.

Tlak pary, pri ktorom je kvapalina v rovnováhe so svojimi parami, sa nazýva tlak nasýtených pár.

• nenasýtená para.

Slová sme použili mnohokrát plynu a para. Medzi plynom a parou nie je zásadný rozdiel. Ale ak sa plyn pri konštantnej teplote môže jednoduchým stlačením premeniť na kvapalinu, potom to nazývame para, presnejšie, nenasýtená para.

• Závislosť tlaku nasýtených pár od teploty.

Stav nasýtenej pary, ako hovorí skúsenosť, je približne opísaný stavovou rovnicou ideálneho plynu a jej tlak je určený vzorcom

Keď teplota stúpa, tlak stúpa. Ako d tlakovo nasýtenýpara nezávisí od objemu,záleží len na tomod teploty.

Avšak, táto závislosť ústa), zistený experimentálne, nie je priamo úmerný, ako v ideálnom plyne pri konštantnom objeme. So zvyšujúcou sa teplotou tlak nasýtených pár rastie rýchlejšie ako tlak ideálneho plynu (obr. 30, výrez krivky AB). Toto je obzvlášť zrejmé, ak bodom nakreslíme izochóru ALE(prerušovaná čiara) Prečo sa to deje?

Avšak, táto závislosť p(T), zistený experimentálne, nie je priamo úmerný, ako v ideálnom plyne pri konštantnom objeme. So zvyšujúcou sa teplotou je tlak nasýtených pár rýchlejší ako tlak ideálneho plynu (obr. 30) Prečo sa to deje?

Keď sa kvapalina zahrieva v uzavretej nádobe, časť kvapaliny sa zmení na paru. V dôsledku toho podľa vzorca
tlak sýta para rastie nielen v dôsledku zvýšenia teploty tekuté, ale aj v dôsledku zvýšenia koncentrácia molekúl (raft ness) pár . V zásade je nárast tlaku so zvyšujúcou sa teplotou presne určený nárastom koncentrácie. Hlavný rozdiel v správaní ideálneho plynu a nasýtenej pary je v tom, že pri zmene teploty pary v uzavretej nádobe (alebo pri zmene objemu pri konštantnej teplote) sa mení hmotnosť pary. Kvapalina sa čiastočne mení na paru alebo naopak para čiastočne kondenzuje. Keď sa všetka kvapalina odparí, para pri ďalšom zahrievaní prestane byť nasýtená a jej tlak pri konštantnom objeme sa zvýši priamo úmerne k absolútnej teplote (pozri obr. 30, odd. VS).

Ropa a ropné produkty sa vyznačujú určitým tlakom nasýtených pár alebo tlakom pár olejových pár. Tlak nasýtených pár je normalizovaný indikátor pre letecké a motorové benzíny, ktorý nepriamo charakterizuje prchavosť paliva, jeho štartovacie vlastnosti a tendenciu vytvárať parné zámky v systéme napájania motora.

Pre kvapaliny s heterogénnym zložením, ako sú benzíny, je tlak nasýtených pár pri danej teplote komplexnou funkciou zloženia benzínu a závisí od objemu priestoru, v ktorom sa nachádza plynná fáza. Preto, aby sa získali porovnateľné výsledky, praktické stanovenia sa musia vykonávať pri štandardnej teplote a konštantnom pomere plynnej a kvapalnej fázy. Vzhľadom na vyššie uvedené tlak nasýtených pár palivá nazývame tlak parnej fázy paliva, ktorý je v dynamickej rovnováhe s kvapalnou fázou, meraný pri štandardnej teplote a určitom pomere objemov parnej a kvapalnej fázy. Teplota, pri ktorej sa tlak nasýtených pár rovná tlaku v systéme, sa nazýva bod varu látky. Tlak nasýtených pár sa prudko zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Ľahšie ropné produkty sa pri rovnakej teplote vyznačujú vyšším tlakom nasýtených pár.

V súčasnosti existuje niekoľko spôsobov, ako určiť DNP látok, ktoré možno rozdeliť do nasledujúcich skupín:

1. statická metóda.
2. dynamická metóda.
3. Metóda nasýtenia pohyblivým plynom.
4. Metóda štúdia izoterm.
5. Knudsenova efúzna metóda.
6. chromatografická metóda.

Statická metóda

Statická metóda je najbežnejšia, pretože prijateľné pri meraní DNP látok v širokom rozsahu teplôt a tlakov. Podstatou metódy je meranie tlaku pary, ktorá je pri určitej teplote v rovnováhe so svojou kvapalinou. Tlak je možné merať buď tlakomermi (pružina, ortuť, nosnosť, voda), alebo pomocou špeciálnych snímačov (tenzometrických, elektrických a pod.), ktoré umožňujú prepočet na tlak, alebo výpočtom, kedy množstvo látky v určitom objeme je známy. Najpoužívanejšia metóda využívajúca rôzne tlakomery, takzvaná priama statická metóda. V tomto prípade sa testovaná látka naleje do piezometra (alebo akejkoľvek nádoby), umiestni sa do termostatu, ktorý umožňuje udržiavať určitú teplotu, a pomocou manometra meria DNP. Okrem toho môže byť pripojenie tlakomeru uskutočnené ako v kvapalnej fáze, tak aj v plynnej fáze. Pri pripájaní manometra v kvapalnej fáze sa berie do úvahy korekcia pre hydrostatický stĺpec kvapaliny. Pripojenie meracieho zariadenia sa zvyčajne vykonáva cez separátor, ktorý sa používa ako ortuťové zámky, membrány, vlnovce atď.

Na základe priamej statickej metódy bolo vytvorených množstvo experimentálnych nastavení na štúdium DNP ropných produktov.

Pri rafinácii ropy je vďaka svojej jednoduchosti štandard Reidova metóda bomby(GOST 1756-2000). Bomba pozostáva z dvoch komôr: paliva 1 a vzduchu 2 s objemovým pomerom 1:4, ktoré sú spojené závitom. Tlak vytvorený parami testovaného paliva sa zaznamenáva tlakomerom 3 pripevneným na vrchu vzduchovej komory. Skúška sa vykonáva pri teplote 38,8 °C a tlaku 0,1 MPa pomocou špeciálneho kúpeľa s riadenou teplotou.

Tlak nasýtených pár testovacej kvapaliny sa určuje podľa vzorca:

Stanovenie tlaku pár v Reidovej bombe poskytuje približné výsledky, ktoré slúžia len na porovnávacie hodnotenie kvality motorových palív.

K výhodám zariadenia patrí jednoduchosť konštrukcie a experimentovania, nevýhodou stály pomer kvapalnej a parnej fázy a drsnosť metódy (chyba pri stanovení DNP benzínu dosahuje 15-20%).

Presnejšou možnosťou merania DNP statickou metódou je metóda Sorrel-NATI. Táto metóda môže byť použitá na určenie absolútnych hodnôt tlaku nasýtených pár aj pri negatívnych teplotách. Výhodou tejto metódy je možnosť merania DNP pri rôznych pomeroch kvapalnej a parnej fázy, ako aj v prítomnosti alebo neprítomnosti vzduchu a plynov rozpustených v látke. Medzi nevýhody patrí zložitosť, použiteľnosť len v špeciálnych laboratóriách a pomerne veľká chyba merania DNP (až 5 %).

Rozdiely medzi údajmi získanými pomocou Reidovej bomby a metódou NATI sú 10 – 20 %.

Dynamická metóda

Dynamická metóda založené na meraní teploty varu kvapaliny pri určitom tlaku. Existujúce experimentálne zostavy založené na dynamickej metóde používajú vo svojich návrhoch ebuliometre. Ide o zariadenia založené na princípe striekania teplomeru zmesou para-kvapalina. Dynamická metóda bola vyvinutá na štúdium DNP čistých látok, pre ktoré je bod varu pevnou hodnotou, a nepoužívala sa na meranie tlaku nasýtených ropných produktov, ktorých bod varu sa mení s vyvarením zložiek. Je známe, že olejové frakcie s úzkym bodom varu zaujímajú strednú polohu medzi čistými látkami a zmesami. Rozsah merania tlaku dynamickou metódou je zvyčajne malý - do 0,15-0,2 MPa. Preto sa nedávno uskutočnili pokusy použiť dynamickú metódu na štúdium DNP úzkych ropných frakcií.

Metóda nasýtenia pohyblivým plynom

Metóda nasýtenia pohyblivým plynom používa sa v prípade, keď DNP látky nepresahuje niekoľko mm Hg. Nevýhodou metódy je pomerne veľká chyba v experimentálnych údajoch a nutnosť poznať molekulovú hmotnosť skúmanej látky. Podstata metódy je nasledovná: cez kvapalinu prechádza inertný plyn, ktorý sa nasýti jeho parami, potom vstupuje do chladničky, kde absorbované pary kondenzujú. So znalosťou množstva plynu a absorbovanej kvapaliny, ako aj ich molekulových hmotností, je možné vypočítať tlak nasýtených pár kvapaliny.

Metóda štúdia izoterm

Metóda štúdia izoterm poskytuje najpresnejšie výsledky v porovnaní s inými metódami, najmä pri vysokých teplotách. Táto metóda spočíva v štúdiu vzťahu medzi tlakom a objemom nasýtenej pary pri konštantnej teplote. V bode nasýtenia by mala mať izoterma zalomenie, ktoré sa mení na priamku. Predpokladá sa, že táto metóda je vhodná na meranie DNP čistých látok a je nevhodná pre viaczložkové látky, v ktorých je bod varu neurčenou hodnotou. Preto nedostalo distribúciu pri meraní DNP ropných produktov.

Knudsenova efúzna metóda

Knudsenova efúzna metóda použiteľné hlavne na meranie veľmi nízkych tlakov (do 100 Pa). Táto metóda umožňuje zistiť rýchlosť úniku pár podľa množstva kondenzátu za predpokladu, že odpadová látka je úplne kondenzovaná. Zariadenia založené na tejto metóde majú nasledujúce nevýhody: sú to samostatné meracie zariadenia a vyžadujú odtlakovanie po každom meraní, čo v prítomnosti ľahko oxidujúcich a nestabilných látok často vedie k chemickej premene testovanej látky a skresleniu výsledkov merania. Bolo vytvorené experimentálne nastavenie bez týchto nedostatkov, ale zložitosť dizajnu umožňuje jeho použitie iba v špeciálne vybavených laboratóriách. Táto metóda sa používa hlavne na meranie DNP pevných látok.

Knudsenova efúzna metóda

Chromatografická metóda stanovenia Látky DNP sa začali vyvíjať relatívne nedávno. Pri tejto metóde je stanovenie DNP ropných produktov založené na kompletnej chromatografickej analýze kvapaliny a výpočte súčtu parciálnych tlakov všetkých zložiek zmesi. Metóda stanovenia DNP jednotlivých uhľovodíkov a frakcií ropných produktov vychádza z predstáv autorov o fyzikálno-chemickom retenčnom indexe a koncepte fázovej špecifickosti. Na tento účel je potrebné mať buď kapilárnu chromatografickú kolónu s vysokou separačnou schopnosťou, alebo literárne údaje o retenčných indexoch skúmaných zlúčenín.

Pri analýze tak zložitých zmesí uhľovodíkov, akými sú ropné produkty, však vznikajú ťažkosti nielen pri separácii uhľovodíkov patriacich do rôznych tried, ale aj pri identifikácii jednotlivých zložiek týchto zmesí.

Konverzia tlaku nasýtených pár

Pri technologických výpočtoch je často potrebné prepočítať teploty z jedného tlaku na druhý, prípadne tlak so zmenou teploty. Existuje na to veľa vzorcov. Ashworthov vzorec získal najväčšiu aplikáciu:

Ashworthov vzorec vylepšený V. P. Antonchenkovom má tvar:

Na prepočet teploty a tlaku je vhodné použiť aj grafické metódy.

Najbežnejšou zápletkou je Coxova zápletka, ktorá je zostavená nasledovne. Os x je logaritmická stupnica, na ktorej sú vynesené hodnoty logaritmu tlaku ( LGP), na uľahčenie používania sú však príslušné hodnoty vynesené na stupnici R. Hodnoty teploty sú vynesené na osi y. Nakreslí sa priama čiara pod uhlom 30° k osi x, označená indexom " H 20“, ktorý charakterizuje závislosť tlaku nasýtenej vodnej pary od teploty. Pri vytváraní grafu zo série bodov na vodorovnej osi obnovte kolmice na priesečník priamkou H 20 a výsledné body sa prenesú na os y. Na osi y sa získa stupnica postavená na bodoch varu vody, ktorá zodpovedá rôznym tlakom jej nasýtených pár. Potom sa pre niekoľko dobre preštudovaných uhľovodíkov vezme séria bodov s vopred známymi bodmi varu a ich zodpovedajúcimi tlakmi nasýtených pár.

Ukázalo sa, že pre alkány normálnej štruktúry sú grafy zostrojené podľa týchto súradníc priamky, ktoré sa všetky zbiehajú v jednom bode (póle). V budúcnosti stačí zobrať ľubovoľný bod so súradnicami teplota - tlak nasýtených pár uhľovodíkov a pripojiť ho k pólu, aby sme získali závislosť tlaku nasýtených pár od teploty pre tento uhľovodík.

Napriek tomu, že graf je skonštruovaný pre jednotlivé normálne alkány, je široko používaný v technologických výpočtoch pre úzke ropné frakcie, pričom na osi y sa vykresľuje priemerná teplota varu tejto frakcie.

Na prepočet teplôt varu ropných produktov z hlbokého vákua na atmosférický tlak sa používa nomogram UOP, podľa ktorého spojením dvoch známych hodnôt na zodpovedajúcich mierkach grafu priamkou získame požadovanú hodnotu. získané na priesečníku s treťou stupnicou R alebo t. UOP nomogram sa používa najmä v laboratórnej praxi.

Tlak nasýtených pár zmesí a roztokov, na rozdiel od jednotlivých uhľovodíkov, závisí nielen od teploty, ale aj od zloženia kvapalnej a parnej fázy. Pre roztoky a zmesi podľa Raoultových a Daltonových zákonov možno celkový tlak nasýtených pár zmesi vypočítať pomocou vzorcov:

V oblasti vysokých tlakov, ako je známe, sa skutočné plyny neriadia zákonmi Raoulta a Daltona. V takýchto prípadoch sa tlak nasýtených pár zistený výpočtom alebo grafickými metódami spresňuje pomocou kritických parametrov, faktora stlačiteľnosti a fugacity.

Hustota