При парообразовании вещество переходит из жидкого состояния в газообразное (пар). Существуют два вида парообразования:
— испарение
— кипение
Испарение – это парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости.
Молекулы любой жидкости находятся в непрерывном и беспорядочном движении, причем одни из них движутся быстрее, другие медленнее. Вылететь наружу им мешают силы притяжения друг к другу. Если, однако, у поверхности жидкости окажется молекула с достаточно большой кинетической энергией, то она сможет преодолеть силы межмолекулярного притяжения и вылетит из жидкости. То же самое повторится с другой быстрой молекулой, со второй, третьей и т.д. Вылетевшие с поверхности жидкости молекулы образуют над ней пар. Идет процесс испарения.
Скорость испарения зависит от рода жидкости. Быстрее испаряется та жидкость, молекулы которой притягиваются друг к другу с меньшей силой.
Испарение происходит тем быстрее, чем выше температура жидкости. Чем выше температура жидкости, тем большее число молекул способны преодолеть силы притяжения окружающих молекул и вылететь с поверхности жидкости.
Скорость испарения жидкости зависит от площади её поверхности. Чем больше площадь поверхности жидкости, тем большее число молекул участвует в процессе парообразования.
Одновременно с испарением на поверхности жидкости происходит и обратный процесс – конденсация. Беспорядочно двигаясь над поверхностью жидкости, часть молекул, покинувших её, снова в нее возвращается вследствие притяжения молекулами жидкости поверхностного слоя.
Т.к. при испарении из жидкости вылетают наиболее быстрые молекулы, средняя кинетическая энергия оставшихся в жидкости молекул становится все меньше и меньше. В результате этого температура испаряющейся жидкости понижается: жидкость охлаждается.
Явление превращения пара в жидкость называют конденсацией. Конденсация пара сопровождается выделением энергии.
Летним вечером, когда воздух становится холоднее, выпадает роса. Это водяной пар, находившийся в воздухе, при охлаждении конденсируется, и маленькие капельки воды оседают на траве и листьях.
При испарении жидкость охлаждается и, став более холодной, чем окружающая среда, начинает поглощать её энергию. При конденсации же, наоборот, происходит выделение некоторого количества теплоты в окружающую среду, и её температура несколько повышается.
Кипение – интенсивное парообразование, при котором внутри жидкости растут и поднимаются вверх пузырьки пара. Оно начинается после того, как давление внутри пузырьков сравнивается с давлением в окружающей жидкости.
По мере нагревания воды пузырьки воздуха, растворенные в воде, становятся крупнее и многочисленнее. С ростом размеров пузырьков, возрастает и архимедова сила, выталкивающая их из воды, и они всплывают. При определенной температуре с приближением к поверхности объем пузырьков резко возрастает. На поверхности они лопаются, и находившийся в них водяной пар выходит в атмосферу — вода кипит.
Во время кипения температура жидкости и пара над ней не меняется. Она сохраняется неизменной до тех пор, пока вся жидкость не выкипит.
Температура, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.
Температура кипения зависит от давления, оказываемого на свободную поверхность жидкости. При увеличении этого давления рост и подъем пузырьков внутри жидкости начинается при большей температуре, при уменьшении давления – при меньшей температуре.
Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо для превращения в пар 1 кг жидкости при постоянной температуре, называется удельной теплотой парообразования. (r – измеряется Дж/кг).
Чтобы найти количество теплоты, необходимое для превращения в пар жидкости произвольной массы m, взятой при температуре кипения, надо удельную теплоту парообразования этой жидкости умножить на её массу:
Q=rm
Количество теплоты, которое выделяет пар массой m, конденсируясь при температуре кипения, определяется той же формулой, но со знаком минус.
Q= — rm
В окружающем нас воздухе практически всегда находится некоторое количество водяных паров. Влажность воздуха зависит от количества водяного пара, содержащегося в нем. Чем больше водяных паров находится в объеме воздуха, тем ближе пар к состоянию насыщения, но чем выше температура воздуха, тем большее количество водяных паров необходимо для его насыщения.
Относительная влажность — это отношение плотности водяного пара, содержащегося в воздухе (ρ), к плотности насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах.
φ= ρ *100%
ρнас.
Сухость или влажность воздуха зависит от того, насколько близок его водяной пар к насыщению. Признаком того, что пар насытился является появление первых капель сконденсировавшейся жидкости — росы.
Примеры: выпадение росы под утро, запотевание холодного стекла, если на него подышать, образование капли воды на холодной водопроводной трубе.
Влажность воздуха определяется психрометром.
В психрометре есть два термометра. Один — обычный, его называют сухим. Он измеряет температуру окружающего воздуха. Колба другого термометра обмотана тканевым фитилем и опущена в емкость с водой. Второй термометр показывает не температуру воздуха, а температуру влажного фитиля, отсюда и название увлажненный термометр. Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется влага из фитиля, тем большее количество теплоты в единицу времени отводится от увлажненного термометра, тем меньше его показания, следовательно, тем больше разность показаний сухого и увлажненного термометров.
