§ 7-к. Насыщенный пар  

Рассмотрев вопрос о взаимопревращениях твёрдых тел и жидкостей, рассмотрим взаимопревращения жидкостей и газов.

Проведём эксперимент по исследованию конденсации. Легко сжижающийся газ, например, аммиак, поместим в цилиндр с прозрачными стенками и будем сдавливать поршнем (см. нижнюю часть рисунка). Изменение объёма газа будем отслеживать по меткам на цилиндре, а изменение давления – по манометру. По этим данным построим график (см. сверху).

 

На этапе AB объём газа уменьшался, а его давление увеличивалось. Однако при этом газ оставался газом. На участке BC объём продолжал уменьшаться, однако давление оставалось постоянным. При этом на стенках цилиндра конденсировались капельки сжиженного газа, постепенно стекавшие вниз.

Некоторые газы принято называть парами: водяной пар, пары бензина и т.п. Так говорят про те вещества, которые при обычных условиях более устойчивы в жидком состоянии, чем в газообразном. Сжижение таких газов (паров) можно вызвать не только сжатием, но и просто охлаждением. Для сжижения же «настоящих» газов их надо одновременно сжимать и охлаждать (отводить выделяющуюся теплоту).

При определённом соотношении температуры и давления, конденсация газов может происходить сразу до твёрдого состояния, минуя жидкое. Так происходит, например, при конденсации углекислого газа (см. § 2-г, таблица внизу) – он превращается сразу в «сухой лёд», используемый для хранения мороженого и других скоропортящихся продуктов.

Превращение любого газа в жидкость МКТ объясняет следующим образом: при сближении частиц газа между ними возникают силы притяжения, и частицы «слипаются», образуя капли жидкости.

Взгляните: на участке BC в цилиндре одновременно сосуществуют газ и жидкость, поэтому их температуры равны, а давление газа не зависит от объёма. Как это может быть? Вдвигая поршень, мы на мгновение увеличиваем давление газа около поршня, а это способствует переходу части молекул в жидкость (см. рисунок). В итоге давление вновь становится прежним. Говорят, что в цилиндре наблюдается термодинамическое равновесие (см. § 6-б).

      

Газ (пар), находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром. Прилагательное «насыщенный» подчёркивает, что при данной температуре этот пар не может содержать большее число частиц в единице объёма (т.е. иметь большую плотность).

Давление насыщенного пара – это уникальная характеристика любого вещества. По этому давлению можно опытом распознать неизвестный газ.

Для разных веществ давление их насыщенных паров различно (см. таблицу). Вещества с малым значением при обычных условиях* являются твёрдыми или жидкими (ртуть, вода при 0 °С); с большим значением – газообразными (вода при 100 °С, аммиак). При средних значениях – вещество либо легко испаряющаяся жидкость, либо легко сжижающийся газ (спирт, эфир).

Давление насыщенного пара, кПа (при 20 °С)
Ртуть
0,0002
Эфир
60
Вода (при 0°С)
2,3
Вода (при 100°С)
101
Спирт
5,9
Аммиак
857

При повышении температуры давление насыщенных паров, как и давление любого другого газа, повышается (см. § 5-г). Это показано также и в строке таблицы «Вода». При 0 °С давление паров воды мало, поэтому при этой температуре вода будет существовать преимущественно в жидком состоянии. Однако при температуре 100 °С давление насыщенных паров воды равно 101 кПа, то есть равно атмосферному давлению. Выше этой температуры (при давлениях не больше атмосферного) вода будет существовать в газообразном состоянии – в виде водяного пара.

Проверьте, как вы усвоили материал:

  1. Цель этого параграфа – рассмотреть ...
  2. Какой опыт мы намерены проделать?
  3. Внутри прозрачного цилиндра с поршнем находится аммиак – ...
  4. Рисунок под графиком символизирует, что газообразный аммиак мы ...
  5. Метки на цилиндрах позволят нам знать ...
  6. Манометр на цилиндре поможет нам узнать ...
  7. Откладывая объёмы по оси абсцисс, а давления по оси ординат, ...
  8. Голубая стрелка на графике символизирует, что ...
  9. Фиолетовая стрелка на графике символизирует, что ...
  10. На этапе опыта, соответствующем отрезку графика BC, ...
  11. Какие газообразные вещества принято называть парами?
  12. В отличие от газов, сжижение паров ...
  13. В отличие от паров, для сжижения газов ...
  14. Превращение газа непосредственно в твёрдое тело может наблюдаться только ...
  15. Примером превращения газа сразу в твёрдое тело является пример ...
  16. Как МКТ объясняет конденсацию газа в жидкое состояние?
  17. Мы считаем, что на этапе BC температуры жидкости и газа (пара) равны, так как ...
  18. Манометр и график свидетельствуют, что на участке BC ...
  19. Почему давление газа (пара) не зависит от объёма, оставшегося при вдвигании поршня?
  20. Постоянство массы вещества и его температуры означает, что ...
  21. Насыщенным паром в физике называют ...
  22. Из определений насыщенного пара и термодинамического равновесия следует, что ...
  23. Неизвестный газ (пар) можно распознать опытным путём, так как ...
  24. Табличные (экспериментальные) значения свидетельствуют, что ...

Источник: fizika.ru