График за испарување и кондензација. Фазни транзиции. Топење и кристализација
Теми КОРИСТЕТЕ кодификатор : промената агрегатните состојбисупстанции, топење и кристализација, испарување и кондензација, течно вриење, промена на енергијата при фазни транзиции.
Мраз, вода и водена пареа се примери за три агрегатните состојбисупстанции: цврсти, течни и гасовити. Во каква агрегатна состојба се наоѓа одредена супстанција зависи од нејзината температура и другите надворешни услови во кои се наоѓа.
Кога се менуваат надворешните услови (на пример, ако внатрешната енергија на телото се зголемува или намалува како резултат на загревање или ладење), може да се појават фазни транзиции - промени во агрегатните состојби на супстанцијата на телото. Ќе нè интересира следново фазни транзиции.
Топење(цврста течност) и кристализација(течноста е цврста).
Генерирање на пареа(течна пареа) и кондензација(пареа течност).
Топење и кристализација
Повеќето цврсти материи се кристален, т.е. имаат кристална решетка- строго дефиниран, периодично повторувачки распоред на неговите честички во вселената.
Честичките (атоми или молекули) на кристално цврсто тело вршат термички вибрации во близина на фиксни позиции на рамнотежа - јазли кристална решетка.
На пример, јазлите на кристалната решетка кујнска сол- ова се врвовите на кубните ќелии од „тродимензионална карирана хартија“ (види слика 1, во која поголемите топчиња означуваат атоми на хлор (слика од страницата en.wikipedia.org.)); ако се остави водата да испари од солениот раствор, преостанатата сол ќе биде куп мали коцки.
Ориз. 1. Кристална решетка
Со топењесе нарекува трансформација на кристална цврста состојба во течност. Можете да стопите секое тело - за ова треба да го загреете точка на топење, што зависи само од супстанцијата на телото, но не и од неговата форма или големина. Точката на топење на дадена супстанција може да се одреди од табелите.
Напротив, ако изладите течност, тогаш порано или подоцна таа ќе оди во цврста состојба. Трансформацијата на течност во кристална цврста состојба се нарекува кристализацијаили стврднување... Така, топењето и кристализацијата се меѓусебно инверзни процеси.
Температурата на која течноста се кристализира се вика температура на кристализација... Излегува дека температурата на кристализација е еднаква на температурата на топење: на оваа температура може да се случат двата процеса. Значи, кога мразот се топи, а водата се кристализира; што точносе јавува во секој конкретен случај - зависи од надворешните услови (на пример, дали топлината се снабдува со супстанцијата или се отстранува од неа).
Како се случува топењето и кристализацијата? Кој е нивниот механизам? За да ја разбереме суштината на овие процеси, да ги разгледаме графиконите на зависноста на телесната температура од времето за време на загревањето и ладењето - таканаречените графикони на топење и кристализација.
Распоред на топење
Да почнеме со графикот на топење (сл. 2). Нека во почетниот временски момент (точка на графиконот) телото е кристално и има одредена температура.
Ориз. 2. Распоред на топење
Потоа топлината почнува да му се доставува на телото (да речеме, телото беше ставено во печка за топење), а температурата на телото се зголемува до вредност - точката на топење на дадената супстанција. Ова е дел од графиконот.
На местото, телото добива количина на топлина
каде е специфичниот топлински капацитет на цврста материја, е телесната маса.
Кога ќе се достигне точката на топење (во точка), ситуацијата квалитативно се менува. И покрај фактот дека топлината продолжува да се снабдува, температурата на телото останува непроменета. На страницата постои топењетело - нејзиниот постепен премин од цврста состојба во течност. Внатре во локацијата имаме мешавина од цврсто и течно, и колку е поблиску до точката, толку помалку останува цврста и се појавува повеќе течност. Конечно, на точката од првобитната цврстина немаше ништо: целосно се претвори во течност.
Областа одговара на понатамошното загревање на течноста (или, како што велат, се топи). Во оваа област, течноста ја апсорбира количината на топлина
каде е специфичната топлина на течноста.
Но, сега најмногу нè интересира делот за транзиција на фаза. Зошто температурата на смесата не се менува во оваа област? Топлината е обезбедена!
Да се вратиме на почетокот на процесот на загревање. Зголемувањето на температурата на цврстото тело во делот е резултат на зголемувањето на интензитетот на осцилациите на неговите честички во јазлите на кристалната решетка: испорачаната топлина се користи за зголемување кинетичкиенергија на телесните честички (всушност, одреден дел од испорачаната топлина се троши на извршување на работа за зголемување на просечното растојание помеѓу честичките - како што знаеме, телата се шират кога се загреваат. Сепак, овој дел е толку мал што може да се занемари.) .
Кристалната решетка сè повеќе се отпушта, а при температурата на топење опсегот на осцилациите ја достигнува граничната вредност при која силите на привлекување меѓу честичките сè уште се способни да го обезбедат нивниот нареден распоред меѓу себе. Цврстиот материјал почнува да „пука по шевовите“, а понатамошното загревање ја уништува кристалната решетка - вака почнува топењето на местото.
Од овој момент, целата испорачана топлина оди на работа за да ги раскине врските што ги држат честичките во јазлите на кристалната решетка, т.е. да зголеми потенцијаленергии на честички. Во овој случај, кинетичката енергија на честичките останува иста, така што температурата на телото не се менува. Во моментот, кристалната структура целосно исчезнува, нема што повеќе да се уништи, а испорачаната топлина повторно се користи за зголемување на кинетичката енергија на честичките - за загревање на топењето.
Специфична топлина на фузија
Значи, за трансформација на цврста во течност, не е доволно да се доведе до точка на топење. Потребно е дополнително (веќе на точката на топење) да се пренесе одредена количина на топлина на телото за целосно уништување на кристалната решетка (т.е. за поминување на делот).
Оваа количина на топлина се користи за зголемување на потенцијалната енергија на интеракцијата на честичките. Следствено, внатрешната енергија на топењето во точка е поголема од внатрешната енергија на цврсто тело во точка за одредена количина.
Искуството покажува дека вредноста е директно пропорционална на телесната тежина:
Коефициентот на пропорционалност не зависи од обликот и големината на телото и е карактеристика на супстанцијата. Тоа се нарекува специфична топлина на фузија на супстанција... Специфичната топлина на фузија на оваа супстанца може да се најде во табелите.
Специфичната топлина на фузија е нумерички еднаква на количината на топлина потребна за да се трансформира во течност еден килограм од дадена кристална супстанција, доведена до точката на топење.
Значи, специфичната топлина на топење на мразот е еднаква на kJ / kg, олово - kJ / kg. Гледаме дека е потребна речиси пати повеќе енергија за да се уништи кристалната решетка од мраз! Мразот припаѓа на супстанции со висока специфична топлина на топење и затоа не се топи веднаш во пролет (природата презеде сопствени мерки: ако мразот имаше иста специфична топлина на топење како оловото, целата маса на мраз и снег ќе се стопи со прво се топи, поплавувајќи сè наоколу).
Распоред на кристализација
Сега да продолжиме да размислуваме кристализација- обратен процес на топење. Почнуваме од точката на претходниот цртеж. Да претпоставиме дека на местото на загревањето на топењето престанало (шпоретот бил исклучен и топењето било изложено на воздух). Понатамошни промени во температурата на топењето се прикажани на сл. (3).
Ориз. 3. Распоред на кристализација
Течноста се лади (пресек) додека нејзината температура не ја достигне температурата на кристализација, што се совпаѓа со точката на топење.
Од овој момент, температурата на топењето престанува да се менува, иако топлината сè уште го остава внатре животната средина... На страницата постои кристализацијасе топи - неговата постепена транзиција во цврста состојба. Внатре во локацијата повторно имаме мешавина од цврсти и течни фази и колку поблиску до точката, толку станува поцврста и помалку течност.Конечно, во точката течноста воопшто не останува - таа целосно се кристализирала.
Следниот дел одговара на понатамошно ладење на цврстото тело, кое се појавило како резултат на кристализација.
Повторно, ние сме заинтересирани за делот за транзиција на фаза: зошто температурата останува непроменета, и покрај загубата на топлина?
Повторно назад на поентата. По прекинот на снабдувањето со топлина, температурата на топењето се намалува, бидејќи нејзините честички постепено ја губат кинетичката енергија како резултат на судири со молекулите на околината и зрачење на електромагнетни бранови.
Кога температурата на топењето ќе се спушти до температурата на кристализација (точка), нејзините честички ќе се забават толку многу што силите на привлекување ќе можат правилно да ги „рашират“ и да им дадат строго дефинирана меѓусебна ориентација во просторот. Ова ќе создаде услови за нуклеирање на кристалната решетка, а таа всушност ќе почне да се формира поради понатамошното бегство на енергија од топењето во околниот простор.
Во исто време, ќе започне контра процес на ослободување енергија: кога честичките ќе ги заземат своите места во јазлите на кристалната решетка, нивната потенцијална енергија нагло се намалува, поради што нивната кинетичка енергија се зголемува - кристализирачката течност е извор на топлина. (често можете да видите птици како седат на ледената дупка. Тие се загреваат таму!) ... Топлината ослободена за време на кристализацијата точно ја компензира загубата на топлина во околината и затоа температурата во областа не се менува.
Во моментот, топењето исчезнува, а заедно со завршувањето на кристализацијата, исчезнува и овој внатрешен „генератор“ на топлина. Поради тековната дисипација на енергија во надворешната средина, намалувањето на температурата ќе продолжи, но формираното цврсто тело (област) само ќе се олади.
Како што покажува искуството, при кристализација во областа, токму истотоколичината на топлина што се апсорбирала при топењето на местото.
Испарување и кондензација
Генерирање на пареае премин на течност во гасовита состојба (во пареа). Постојат два начина на испарување: испарување и вриење.
Испарувањенаречена испарување што се случува на која било температура од слободна површинатечности. Како што се сеќавате од листот „Заситена пареа“, причината за испарувањето е бегството од течноста на најбрзите молекули кои се способни да ги надминат силите на меѓумолекуларната привлечност. Овие молекули формираат пареа над површината на течноста.
Различните течности испаруваат со различни стапки: колку се поголеми силите на привлекување на молекулите едни кон други, толку е помал бројот на молекули по единица време ќе можат да ги надминат и да летаат надвор, и колку е помала стапката на испарување. Етер, ацетон, алкохол (некогаш се нарекуваат испарливи течности) брзо испаруваат, водата испарува побавно, маслото и живата испаруваат многу побавно од водата.
Стапката на испарување се зголемува со зголемување на температурата (на топлина, алиштата побрзо ќе се исушат), бидејќи просечната кинетичка енергија на молекулите на течноста се зголемува, а со тоа се зголемува и бројот на брзи молекули кои можат да ги напуштат своите граници.
Стапката на испарување зависи од површината на течноста: колку е поголема површината, толку повеќе молекули добиваат пристап до површината, а испарувањето е побрзо (затоа внимателно се исправа при закачувањето на алиштата).
Истовремено со испарувањето, се забележува и спротивен процес: молекулите на пареа, правејќи случајно движење над површината на течноста, делумно се враќаат назад во течноста. Трансформацијата на пареата во течност се нарекува кондензација.
Кондензацијата го забавува испарувањето на течноста. Така, на сув воздух, алиштата ќе се исушат побрзо отколку на влажен воздух. Ќе се исуши побрзо на ветрот: пареата ја носи ветрот, а испарувањето е поинтензивно
Во некои ситуации, стапката на кондензација може да биде еднаква на стапката на испарување. Тогаш двата процеса се компензираат еден со друг и настанува динамична рамнотежа: од цврсто затворено шише, течноста не испарува со години, а во овој случај постои заситена пареа.
Постојано ја набљудуваме кондензацијата на водена пареа во атмосферата во вид на облаци, дождови и роса што паѓа наутро; испарувањето и кондензацијата го обезбедуваат водниот циклус во природата, поддржувајќи го животот на Земјата.
Бидејќи испарувањето е заминување на најбрзите молекули од течноста, просечната кинетичка енергија на молекулите на течноста се намалува за време на процесот на испарување, т.е. течноста се лади. Добро знаете за чувството на свежина, а понекогаш дури и студ (особено со ветерот) кога ја напуштате водата: водата што испарува по целата површина на телото ја носи топлината, додека ветрот го забрзува процесот на испарување (сега е јасно зошто дуваме топол чај.Уште подобро е да го внесеме воздухот, бидејќи тогаш на површината на чајот излегува сув амбиентален воздух, а не влажен воздух од нашите бели дробови ;-)).
Истата свежина можете да ја почувствувате ако на раката истријте парче памучна волна натопена во испарлив растворувач (да речеме, ацетон или отстранувач на лак). Во топлината од четириесет степени, благодарение на зголеменото испарување на влагата низ порите на нашето тело, ја одржуваме температурата на нормално ниво; да не беше овој механизам за терморегулација, едноставно ќе умревме на таква топлина.
Напротив, во процесот на кондензација, течноста се загрева: молекулите на пареа, кога се враќаат во течноста, се забрзуваат од силите на привлекување од блиските течни молекули, како резултат на што просечната кинетичка енергија на молекулите на течноста се зголемува (споредете ја оваа појава со ослободување на енергија при кристализација на топење!).
Врие
Вриее испарувањето што се случува низ целиот волументечности.
Врие е можно затоа што одредена количина на воздух секогаш се раствора во течноста, која дошла таму како резултат на дифузија. Кога течноста се загрева, овој воздух се шири, воздушните меури постепено се зголемуваат во големина и стануваат видливи со голо око (во тенџере со вода го таложат дното и ѕидовите). Внатре во воздушните меури има заситена пареа, чиј притисок, како што се сеќавате, брзо се зголемува со зголемување на температурата.
Колку меурчињата стануваат поголеми, толку е поголема архимедовата сила на нив и во одреден момент меурчињата почнуваат да се откачуваат и да се креваат. Издигнувајќи се нагоре, меурите паѓаат во помалку загреаните слоеви на течноста; во нив се кондензира пареа, а меурите повторно се компресирани. Колапсот на меурчињата предизвикува познатиот шум што му претходи на вриењето на котел. Конечно, со текот на времето, целата течност се загрева рамномерно, меурчињата стигнуваат до површината и пукаат, исфрлајќи воздух и пареа - бучавата се заменува со жуборење, течноста врие.
Така, меурчињата служат како „проводници“ на пареата од внатрешноста на течноста до нејзината површина. За време на вриење, заедно со обичното испарување, течноста се претвора во пареа низ целиот волумен - испарување на воздушните меури во внатрешноста, проследено со повлекување на пареата кон надвор. Затоа течноста што врие многу брзо испарува: котел, од кој водата испарува многу денови, ќе врие за половина час.
За разлика од испарувањето, кое се случува на која било температура, течноста почнува да врие дури кога ќе достигне точка на вриење- токму температурата на која воздушните меури можат да лебдат и да стигнат до површината. Во точката на вриење, притисокот на заситената пареа станува еднаков на надворешниот притисок на течноста(особено, атмосферски притисок). Според тоа, колку е поголем надворешниот притисок, толку е поголема температурата ќе започне вриењето.
При нормален атмосферски притисок (atm или Pa), точката на вриење на водата е еднаква на. Значи притисокот на заситената водена пареа на температура еПа. Овој факт е неопходно да се знае за решавање проблеми - често се смета за познат по дифолт.
На врвот на Елбрус, атмосферскиот притисок е еднаков на atm, а водата таму ќе врие на температура. И под притисок на atm, водата ќе почне да врие само во.
Точката на вриење (при нормален атмосферски притисок) е строго дефинирана вредност за дадена течност (точките на вриење дадени во табелите на учебниците и референтните книги се точките на вриење на хемиски чистите течности. Присуството на нечистотии во течноста може да ја промени точката на вриење На пример, водата од чешма содржи растворен хлор и некои соли, па затоа нејзината точка на вриење при нормален атмосферски притисок може малку да се разликува од). Значи, алкохолот врие на, етер - на, жива - на. Ве молиме имајте предвид: колку е поиспарлива течноста, толку е помала нејзината точка на вриење. Во табелата со точка на вриење, гледаме и дека кислородот врие на. Тоа значи дека на обични температури кислородот е гас!
Знаеме дека ако котелот се тргне од оган, вриењето веднаш престанува - процесот на вриење бара континуирано снабдување со топлина. Во исто време, температурата на водата во котел по вриење престанува да се менува, останувајќи иста цело време. Каде оди испорачаната топлина?
Ситуацијата е слична на процесот на топење: топлината се користи за зголемување на потенцијалната енергија на молекулите. Во овој случај, да се изврши работата на отстранување на молекулите на такви растојанија што силите на привлекување нема да можат да ги задржат молекулите блиску една до друга, а течноста ќе оди во гасовита состојба.
Распоред на вриење
Размислете за графички приказ на процесот на загревање на течност - т.н графикон за вриење(сл. 4).
Ориз. 4. Распоред на вриење
Местото му претходи на почетокот на вриење. На местото, течноста врие, нејзината маса се намалува. Во моментот, течноста целосно врие.
Да се помине делот, т.е. за течноста доведена до точка на вриење целосно да се претвори во пареа, треба да и се испорача одредена количина на топлина. Искуството покажува дека оваа количина на топлина е директно пропорционална со масата на течноста:
Се нарекува соодносот специфична топлина на испарувањетечности (на точка на вриење). Специфичната топлина на испарување е нумерички еднаква на количината на топлина што мора да се обезбеди на 1 kg течност земена на точката на вриење за целосно да се претвори во пареа.
Значи, кога специфичната топлина на испарување на водата е еднаква на kJ / kg. Интересно е да се спореди со специфичната топлина на топење на мразот (kJ / kg) - специфичната топлина на испарувањето е речиси седум пати поголема! Ова не е изненадувачки: на крајот на краиштата, за да се стопи мразот, треба само да го уништите нарачаниот распоред на молекулите на водата во јазлите на кристалната решетка; во овој случај, растојанијата помеѓу молекулите остануваат приближно исти. Но, за да ја претворите водата во пареа, треба да направите многу повеќе работа за да ги раскинете сите врски помеѓу молекулите и да ги отстраните молекулите на значително растојание едни од други.
Распоред на кондензација
Процесот на кондензација на пареа и последователно ладење на течноста изгледа на графиконот симетрично на процесот на загревање и вриење. Еве го соодветното распоред за кондензацијаза случајот на водена пареа со степени целзиусови, која најчесто се среќава во проблеми (сл. 5).
Ориз. 5. Распоред на кондензација
Во точката, имаме водена пареа во. На локацијата се јавува кондензација; внатре во оваа област - мешавина од пареа и вода при. На пунктот повеќе нема пареа, има само вода. Заплетот е ладење на оваа вода.
Искуството покажува дека при кондензација на пареата на масата (т.е. при минување низ делот) се ослободува точно иста количина на топлина што е потрошена за трансформација во пареа на течноста од масата на дадена температура.
Ајде да ги споредиме следните количини на топлина заради интерес:
Кој се ослободува при кондензација на g водена пареа;
, кој се ослободува кога добиената цела вода ќе се олади до температура, да речеме.
Ј;
Ј.
Овие бројки јасно покажуваат дека согорувањето на пареа е многу полошо од изгореницата со врела вода. Кога врела вода ќе се навлезе на кожата, се ослободува „само“ (зовриената вода се лади). Но, со изгорување на пареа, прво ќе се ослободи поредок повеќе топлина (пареата се кондензира), се формира вода во степени целзиусови, по што ќе се додаде истата вредност кога оваа вода ќе се олади.
Феноменот на трансформација на супстанција од течна состојба во гасовита состојба се нарекува испарување... Генерирањето на пареа може да се изврши во форма на два процеси: испарувањеи
Испарување
Испарувањето се јавува од површината на течноста на која било температура. Значи, баричките се сушат на 10 ° C, и на 20 ° C и на 30 ° C. Така, испарувањето е процес на претворање на супстанција од течна во гасовита состојба, што се јавува од површината на течноста на која било температура.
Од гледна точка на структурата на материјата, испарувањето на течноста е објаснето на следниов начин. Течните молекули, кои учествуваат во континуирано движење, имаат различни брзини. Најбрзите молекули, лоцирани на интерфејсот помеѓу површината на водата и воздухот и имаат релативно висока енергија, ја надминуваат привлечноста на соседните молекули и ја напуштаат течноста. Така, над течноста се формира пареа.
Бидејќи молекулите со поголема внатрешна енергија се испуштаат од течноста за време на испарувањето, во споредба со енергијата на молекулите што остануваат во течноста, просечната брзина и просечната кинетичка енергија на молекулите на течноста се намалуваат и, според тоа, температурата на течноста се намалува.
Стапка на испарувањетечноста зависи од видот на течноста. Така, стапката на испарување на етерот е поголема од стапката на испарување на водата и растителното масло. Покрај тоа, стапката на испарување зависи од движењето на воздухот над површината на течноста. Доказ е дека алиштата побрзо се сушат на ветер отколку на место без ветар под исти надворешни услови.
Стапка на испарувањезависи од температурата на течноста. На пример, водата на 30 ° C испарува побрзо од водата на 10 ° C.
Добро е познато дека водата истурена во чинија испарува побрзо од водата со иста маса истурена во чаша. Затоа, зависи од површината на течноста.
Кондензација
Процесот на претворање на супстанција од гасовита состојба во течност се нарекува кондензација.
Процесот на кондензација се случува истовремено со процесот на испарување. Молекулите кои излегуваат од течност и се над нејзината површина учествуваат во хаотичното движење. Тие се судираат со други молекули и во одреден момент во времето, нивните брзини можат да бидат насочени кон површината на течноста, а молекулите ќе се вратат во неа.
Ако садот е отворен, тогаш процесот на испарување се случува побрзо од кондензацијата, а масата на течноста во садот се намалува. Пареата што се создава над течноста се нарекува незаситени .
Ако течноста е во затворен сад, тогаш во почетокот бројот на молекули што ќе избегаат од течноста ќе биде поголем од бројот на молекули што се враќаат во неа, но со текот на времето густината на пареата над течноста ќе се зголеми толку многу што бројот на молекули оставајќи ја течноста ќе биде еднаков на бројот на молекули, враќајќи се во неа. Во овој случај, настанува динамична рамнотежа на течноста со нејзината пареа.
Пареата во состојба на динамичка рамнотежа со својата течност се нарекува заситена пареа .
Ако садот со течност што содржи заситена пареа се загрее, тогаш во почетокот бројот на молекули што излегуваат од течноста ќе се зголеми и ќе биде поголем од бројот на молекули што се враќаат во неа. Со текот на времето, рамнотежата ќе се врати, но густината на пареата над течноста и, соодветно, нејзиниот притисок ќе се зголеми.
Течноста се претвора во пареа (гас) со испарување и вриење. Овие процеси се обединети со едно име „испарување“, но постои разлика помеѓу овие процеси.
Испарувањето се случува од слободната површина на која било течност постојано. Физичката природа на испарувањето е емисија од површината на молекули со голема брзина и кинетичка енергија на топлинско движење. Во овој случај, течноста се лади. Во индустријата, овој ефект се користи во кулите за ладење за ладење на водата.
Вриењето (како испарувањето) е премин на супстанцијата во состојба на пареа, но тоа се случува низ целиот волумен на течноста и само кога топлината се снабдува со течноста. При дополнително загревање, температурата на течноста останува константна, додека течноста продолжува да врие.
Точката на вриење зависи од притисокот на пареата над течноста; со намалување на притисокот, точката на вриење се намалува и обратно. Со намалување на притисокот на пареата над течноста, можно е да се намали точката на вриење на течноста до нејзината точка на замрзнување, а со избирање на супстанции со саканите својства, можете да ја добиете речиси секоја ниска температура.
Количината на топлина потребна за премин на 1 kg течност во состојба на пареа се нарекува специфична топлина на испарување. r, kJ / kg.
Температурата на која се случува испарувањето се нарекува температура на сатурација. Пареата може да биде влажна или сува (без капки течност). Пареата може да се прегрее и да има температура на прегревање над температурата на сатурација.
Овие процеси се користат во машините за ладење со компресија на пареа. Течноста што врие е средство за ладење, а апаратот во кој врие, земајќи ја топлината од супстанцијата што треба да се излади, е испарувач. Количината на топлина што се снабдува со течноста што врие се одредува со формулата:
каде М- масата на течност што се претвора во пареа; р- топлина на испарување.
Точката на вриење на течноста зависи од притисокот. Овој однос е прикажан со кривата на притисокот на пареата.
За најчестото средство за ладење во индустријата за ладење, амонијак, таквата крива е прикажана на сл. 3, од каде што може да се види дека при притисок еднаков на атмосферски (0,1 MPa) точката на вриење на амонијакот одговара на -30 ° C, а на 1,2 MPa - + 30 ° C.
Трансформацијата на заситената пареа во течност се нарекува кондензација, која се јавува на температурата на кондензација, која исто така зависи од притисокот. Температура на кондензација и испарување при специфичен притисок хомогена супстанцијасе исти. Овој ефект се користи во испарувачките кондензатори за пренос на топлината на кондензацијата во воздухот.
Сублимација
Супстанцијата може да премине од цврста состојба директно во пареа. Овој процес се нарекува сублимација. Топлината што се апсорбира од амбиенталниот воздух се троши за надминување на силите на адхезија на молекулите и влијанието на надворешниот притисок, што го спречува овој процес.
Во нормални услови не се сублимираат многу супстанции - цврст јаглерод диоксид (сув мраз), јод, камфор итн.
За ладење и добивање ниски температури се користи сув мраз кој обезбедува температура од -78,3 °C при атмосферски притисок, а со намалување на притисокот може да се достигне -100 °C.
>> Физика: испарување и кондензација
Кога се испарува, супстанцијата преминува од течна состојба во гасовита состојба (пареа). Постојат два вида на испарување: испарување и вриење.
Испарување- Ова е испарување кое настанува од слободната површина на течноста.
Како се случува испарувањето? Знаеме дека молекулите на која било течност се во континуирано и нередовно движење, некои од нив се движат побрзо, други побавно. Силите на привлекување едни кон други ги спречуваат да излетаат. Меѓутоа, ако на површината на течноста се појави молекула со доволно висока кинетичка енергија, тогаш таа ќе може да ги надмине силите на меѓумолекуларната привлечност и да излета од течноста. Истото ќе се повтори и со друга брза молекула, со втората, третата итн. Избегајќи надвор, овие молекули формираат пареа над течноста. Формирањето на оваа пареа е испарување.
Бидејќи најбрзите молекули летаат надвор од течноста за време на испарувањето, просечната кинетичка енергија на молекулите што остануваат во течноста станува се помалку и помалку. Како резултат температурата на течноста што испарува се намалува: течноста се лади... Затоа, особено, лицето во влажна облека се чувствува поладно отколку во суви (особено на ветер).
Во исто време, сите знаат дека ако истурете вода во чаша и ја оставите на масата, тогаш, и покрај испарувањето, нема да се лади постојано, станувајќи се поладно и постудено додека не замрзне. Што го спречува ова? Одговорот е многу едноставен: размена на топлина на вода со топлиот воздух што го опкружува стаклото.
Ладењето на течноста за време на испарувањето е позабележително во случај кога испарувањето се случува доволно брзо (така што течноста нема време да ја врати температурата поради размена на топлина со околината). Испарливите течности со ниски меѓумолекуларни сили на привлекување брзо испаруваат, на пример, етер, алкохол, бензин. Ако ви падне таква течност на раката, ќе ни биде ладно. Со испарување од површината на раката, таквата течност ќе се олади и ќе земе малку топлина од неа.
Супстанциите кои брзо испаруваат се широко користени во технологијата. На пример, во вселенската технологија, возилата за спуштање се обложени со такви супстанции. Кога минува низ атмосферата на планетата, телото на апаратот се загрева како резултат на триење, а супстанцијата што ја покрива почнува да испарува. Испарувајќи го, го лади леталото, а со тоа го спасува од прегревање.
Ладењето на водата при нејзиното испарување се користи и кај уредите за мерење на влажноста на воздухот, - психометри(од грчкиот „психрос“ - ладно). Психрометарот (сл. 81) се состои од два термометри. Еден од нив (сув) ја покажува температурата на воздухот, а другиот (чиј резервоар е врзан со камбрика натопена во вода) - пониска температура поради интензитетот на испарување на влажниот камбрик. Колку е посува измерената влажност, толку е посилно испарувањето и затоа е помало отчитувањето на влажната сијалица. И обратно, колку е поголема влажноста на воздухот, толку е помалку интензивно испарувањето и затоа е поголема температурата што ја покажува овој термометар. Врз основа на отчитувањата на сувите и навлажнетите термометри, со помош на специјална (психрометриска) табела, се одредува влажноста на воздухот, изразена во проценти. Највисоката влажност е 100% (со таква влажност на воздухот се појавува роса на предметите). За луѓето, најповолната влажност се смета дека е во опсег од 40 до 60%.
Со помош на едноставни експерименти, лесно е да се утврди дека стапката на испарување се зголемува со зголемување на температурата на течноста, како и со зголемување на нејзината слободна површина и во присуство на ветер.
Зошто течноста испарува побрзо во присуство на ветер? Факт е дека истовремено со испарувањето на површината на течноста се јавува и обратен процес - кондензација
... Кондензацијата се јавува поради фактот што некои од молекулите на пареата, случајно движејќи се над течноста, повторно се враќаат во неа. Ветерот ги носи молекулите исфрлени од течноста и не дозволува да се вратат назад.
Кондензација може да настане и кога пареата не е во контакт со течноста. Кондензацијата, на пример, го објаснува формирањето на облаците: молекулите на водена пареа што се издигнуваат над земјата, во постудените слоеви на атмосферата, се групирани во ситни капки вода, чии акумулации се облаци. Кондензацијата на водена пареа во атмосферата резултира и со дожд и роса.
За време на испарувањето, течноста се лади и станува поладна од околината, почнува да ја апсорбира својата енергија. Спротивно на тоа, за време на кондензацијата, одредена количина на топлина се ослободува во околината, а нејзината температура малку се зголемува.
??? 1. Кои два вида на испарување постојат во природата? 2. Што е испарување? 3. Што ја одредува брзината на испарување на течноста? 4. Зошто температурата на течноста паѓа при испарување? 5. Како е можно да се спречи прегревање на леталото за спуштање при нивното поминување низ атмосферата на планетата? 6. Што е кондензација? 7. Кои појави се објаснуваат со кондензација на пареа? 8. Каков инструмент се користи за мерење на влажноста на воздухот? Како работи?
Експериментални задачи ... 1. Истурете иста количина вода во две идентични чинии (на пример, три лажици). Едната чинија ставете ја на топло, а другата на ладно. Измерете го времето потребно за испарување на водата во двете чинии. Објаснете ја разликата во стапката на испарување. 2. Истурете капка вода и алкохол со пипета на лист хартија. Измерете го времето потребно за да испарат. Која од овие течности има помалку привлечни сили меѓу молекулите? 3. Истурете ја истата количина на вода во чашата и чинијата. Измерете го времето потребно за да испари во нив. Објаснете ја разликата во неговата стапка на испарување.
С.В. Громов, Н.А. Татковина, физика 8 одделение
Поднесено од читатели од интернет страници
Под> Календарско-тематско планирање на физика, онлајн тестирање, задача на ученик од 8 одделение, курсеви за наставник по физика 8 одделение, апстракти според училишна наставна програма, готови домашни задачи
Содржина на лекцијата преглед на лекцијатаподдршка рамка лекција презентација забрзување методи интерактивни технологии Вежбајте задачи и вежби работилници за самотестирање, обуки, случаи, потраги домашни задачи прашања за дискусија реторички прашања од ученици Илустрации аудио, видео клипови и мултимедијафотографии, слики, графикони, табели, шеми хумор, шеги, шеги, стрипови параболи, изреки, крстозбори, цитати Додатоци апстрактистатии чипови за љубопитните измамнички листови учебници основен и дополнителен вокабулар на термини други Подобрување на учебниците и лекциитепоправени грешки во упатствотоажурирање на фрагмент во учебникот елементи на иновација во лекцијата замена на застарените знаења со нови Само за наставници совршени лекциикалендарски план за годината насокиагенда за дискусија Интегрирани лекции1. Испарување и кондензација
Процесот на преминување на супстанција од течна состојба во гасовита состојба се нарекува испарување, обратниот процес на претворање на супстанција од гасовита состојба во течна состојба се нарекува кондензација. Постојат два вида на испарување - испарување и вриење. Размислете прво за испарување на течност. Испарувањето е процес на испарување што се јавува од отворена површина на течност на која било температура. Од гледна точка на молекуларната кинетичка теорија, овие процеси се објаснети на следниов начин. Течните молекули, кои учествуваат во термичкото движење, континуирано се судираат едни со други. Ова води до фактот дека некои од нив добиваат кинетичка енергија доволна за да ја надминат молекуларната привлечност. Таквите молекули, кои се на површината на течноста, летаат надвор од неа, формирајќи пареа (гас) над течноста. Молекулите на пареа ~ движејќи се хаотично, тие удираат на површината на течноста. Во овој случај, некои од нив можат да влезат во течност. Овие два процеси на исфрлање на течните молекули и враќањето во течност се случуваат истовремено. Ако бројот на молекули што избегаат е поголем од бројот на молекули кои се враќаат, тогаш масата на течноста се намалува, т.е. течноста испарува, ако напротив се зголеми количината на течност, т.е. се забележува кондензација на пареа. Можен е случај кога масите на течноста и пареата што се наоѓаат над неа не се менуваат. Ова е можно кога бројот на молекули што ја напуштаат течноста е еднаков на бројот на молекули што се враќаат во неа. Оваа состојба се нарекува динамичка рамнотежа.
А пареа
Во динамичка рамнотежа со неговата течност, наречен заситен
. Ако не постои динамичка рамнотежа помеѓу пареата и течноста, тогаш таа се нарекува незаситена.Очигледно, заситената пареа на дадена температура има одредена густина, наречена рамнотежа.
Ова ја одредува непроменливоста на густината на рамнотежата и, следствено, притисокот на заситената пареа од нејзиниот волумен на константна температура, бидејќи намалувањето или зголемувањето на волуменот на оваа пареа доведува до кондензација на пареа или до испарување на течноста, соодветно. Изотерма на заситена пареа на одредена температура во координатна рамнина P, V е права линија паралелна на оската V. Со зголемување на температурата на термодинамичкиот систем течност - заситена пареа, бројот на молекули што ја напуштаат течноста некое време го надминува бројот на молекули кои се враќаат од пареата во течноста . Ова продолжува додека зголемувањето на густината на пареата не доведе до воспоставување на динамичка рамнотежа на повисока температура. Во исто време, притисокот исто така се зголемува. заситени пареи... Така, притисокот на заситената пареа зависи само од температурата. Ваквото брзо зголемување на притисокот на заситената пареа се должи на фактот дека со зголемување на температурата, се зголемува не само кинетичката енергија на преводното движење на молекулите, туку и нивната концентрација, т.е. број на молекули по единица волумен
За време на испарувањето, најбрзите молекули ја напуштаат течноста, како резултат на што просечната кинетичка енергија на преводното движење на преостанатите молекули се намалува, и, следствено, температурата на течноста исто така се намалува (види §24). Затоа, за да може температурата на испарувачката течност да остане константна, треба постојано да и се снабдува одредена количина на топлина.
Количината на топлина што мора да се пренесе на единица маса на течност за да се претвори во пареа на константна температура се нарекува специфична топлина на испарување.
Специфичната топлина на испарување зависи од температурата на течноста, која се намалува со нејзиното зголемување. За време на кондензацијата, количината на топлина потрошена за испарување на течноста се ослободува. Кондензацијата е процес на претворање од гасовита состојба во течна состојба.
2. Влажност на воздухот.
Атмосферата секогаш содржи одредена количина на водена пареа. Степенот на влажност е една од суштинските карактеристики на времето и климата и во многу случаи е од практично значење. Значи, складирање на разни материјали (вклучувајќи цемент, гипс и други градежни материјали), суровини, производи, опрема итн. треба да се одвива на одредена влажност. Просториите, во зависност од нивната намена, подлежат и на соодветните барања за влажност.
Голем број на количини се користат за да се карактеризира содржината на влага. Апсолутна влажност p е масата на водена пареа содржана во единица волумен на воздух. Обично се мери во грамови на кубен метар (g / m3). Апсолутната влажност е поврзана со парцијалниот притисок P на водената пареа според равенката Менделеев - Клејпејрон, каде што V е волуменот окупиран од пареата, m, T и m се масата, апсолутната температура и моларната маса на водената пареа, R е универзалната гасна константа (види (25.5)) ... Парцијален притисок е притисокот што го врши водената пареа без да се земе предвид дејството на другите видови воздушни молекули. Оттука, бидејќи p = m / V е густината на водената пареа.
