Когда наступает динамическое равновесие между паром и жидкостью кратко

Последние заданные вопросы в категории Физика

Физика 20.10.2023 07:47 26 Быканов Егор

Помогите пож, просто аттестация завтра на которые вопросы ответы не знаю с вами делюсь прошу пожалуй

Ответов: 1

Физика 20.10.2023 06:04 25 Шкурко Вікторія

Два точечных заряда по 10 нКл находятся на расстоянии 5 см друг от друга. Найти напряженность электр

Ответов: 1

Физика 20.10.2023 04:59 22 Пряников Илья

4 задание ,пожалуйста помогите

Ответов: 1

Физика 20.10.2023 04:02 3 Кербель Марина

Какую силу надо приложить, чтобы поднять под водой камень массой 20 кг, объем которого 15000 см куб.

Ответов: 1

Физика 20.10.2023 00:09 18 Карпов Андрей

На ри­сун­ке пред­став­лен гра­фик за­ви­си­мо­сти мо­ду­ля ско­ро­сти тела от вре­ме­ни. Какой путь

Ответов: 1

Физика 19.10.2023 22:46 8 Зверев Кирилл

На каком расстоянии необходимо ставить мачты для уличных фонарей, чтобы освещенность в точке, лежаще

Ответов: 2

Физика 19.10.2023 22:43 15 Пономаренко Макс

Нужно составить две пищевые цепи что бы там были производители, потребители и разлагатели.

Ответов: 2

Физика 19.10.2023 22:12 29 Ковина Лера

V тела = 800см3 ро воды = 1000 кг/м3 g = 10н/кг сила Архимеда — ?

Ответов: 2

Физика 19.10.2023 20:52 23 Лавров Тимофей

Стоя на ступеньки эскалатора метро,пассажир съезжает вниз за 1 минуту.По неподвижному эскалатору он

Ответов: 3

Физика 19.10.2023 20:47 3 Костюкевич Александр

Что можно сказать о силовых линиях вихриевого электрического и магнитного полей

Ответов: 2

Динамическое равновесие

Если сосуд, в котором находится жидкость или газ, закупорен, то в таком случае его содержимое может находиться в динамическом равновесии, т.е. скорость процессов конденсации и испарения будет одинаковой (из жидкости будет испаряться столько молекул, сколько возвращается обратно из пара). Такая система получила название двухфазной.

Насыщенный пар – это пар, который находится со своей жидкостью в состоянии динамического равновесия.

Существует зависимость между количеством молекул, испаряющихся с поверхности жидкости в течение одной секунды, и температурой этой жидкости. Скорость процесса конденсации зависит от концентрации молекул пара и скорости их теплового движения, которая, в свою очередь, также находится в прямой зависимости от температуры. Следовательно, можно сделать вывод, что при равновесии жидкости и ее пара концентрация молекул будет определяться равновесной температурой. При повышении температуры необходима высокая концентрация молекул пара, чтобы испарение и конденсация стали одинаковыми по скорости.

Поскольку, как мы уже выяснили, концентрация и температура будут определять давление пара (газа), мы можем сформулировать следующее утверждение:

Давление насыщенного пара p 0 определенного вещества не зависит от объема, но находится в прямой зависимости от температуры.

Именно по этой причине изотермы реальных газов на плоскости включают в себя горизонтальные фрагменты, которые соответствуют двухфазной системе.

Если температура будет расти, увеличатся и давление насыщенного пара, и его плотность, а вот плотность жидкости, наоборот, будет снижаться из-за теплового расширения. При достижении критической для данного вещества температуры плотность жидкости и газа уравниваются, после прохождения этой точки физические различия между насыщенным паром и жидкостью исчезают.

Возьмем насыщенный пар и будем сжимать его изотермически при T T к р . Его давление будет постепенно возрастать, пока не сравняется с давлением насыщенного пара. Постепенно на дне сосуда появится жидкость, и между ней и ее насыщенным паром возникнет динамическое равновесие. По мере уменьшения объема будет происходить конденсация все большей части пара при неизменном давлении (на изотерме это состояние соответствует горизонтальному участку). После того, как весь пар перейдет в жидкое состояние, давление начнет резко увеличиваться при дальнейшем уменьшении объема, поскольку жидкость сжимается слабо.

Необязательно проходить двухфазную область, чтобы совершить переход от газа к жидкости. Процесс можно провести и в обход критической точки. На изображении такой вариант показан при помощи ломаной линии A B C .

Рисунок 3 . 4 . 3 . Модель изотермы реального газа.

Воздух, которым мы дышим, при некотором давлении всегда включает в себя водяные пары. Это давление, как правило, меньше, чем давление насыщенного пара.

Относительная влажность воздуха – это отношение парциального давления к давлению насыщенного водяного пара.

В виде формулы это можно записать так:

Для описания ненасыщенного пара допустимо использовать и уравнение состояния идеального газа с учетом обычных для реального газа ограничений: не слишком большого давления пара ( p ≤ ( 10 6 – 10 7 ) П а ) и температуры выше значения, определенного для каждого конкретного вещества.

Для описания насыщенного пара применимы законы идеального газа. Однако при этом давление для каждой температуры должно быть определено по кривой равновесия для данного вещества.

Чем выше температура, тем выше давление насыщенного пара. Эту зависимость из законов идеального газа вывести нельзя. При условии постоянной концентрации молекул давление газа будет постоянно возрастать прямо пропорционально температуре. Если пар является насыщенным, то с ростом температуры будет расти не только концентрация, но и средняя кинетическая энергия молекул. Из этого следует, что чем выше температура, тем быстрее растет давление насыщенного пара. Этот процесс происходит быстрее, чем рост давления идеального газа при условии постоянной концентрации молекул в нем.

ФИЗИКА

Насыщенный пар

Количество жидкости в открытом сосуде вследствие испарения непрерывно уменьшается. Но если сосуд плотно закрыт, то этого не происходит, что можно объяснить следующим образом.

В первый момент, после того как мы нальем жидкость в сосуд и закроем его, жидкость будет испаряться и плотность пара над жидкостью будет увеличиваться. Однако одновременно с этим будет расти и число молекул, возвращающихся в результате хаотического теплового движения обратно в жидкость. Чем больше плотность пара, тем большее число его молекул возвращается в жидкость. В открытом сосуде картина иная: покинувшие жидкость молекулы могут не возвращаться в жидкость.

В закрытом сосуде в конце концов устанавливается равновесное состояние: число молекул, покидающих поверхность жидкости, становится равным числу молекул пара, возвращающихся за то же время в жидкость. Такое равновесие называется динамическим или подвижным. При динамическом равновесии между жидкостью и ее паром одновременно происходит и испарение жидкости, и конденсация пара, и оба процесса в среднем компенсируют друг друга (рис. 6.2).

Рис. 6.2

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром. Это название подчеркивает, что в данном объеме при данной температуре не может находиться большее количество пара. Если воздух из сосуда с жидкостью откачан, то над поверхностью жидкости будет находиться только ее насыщенный пар.

Насыщенный пар имеет при данной температуре наибольшее количество молекул в единице объема (а значит, и наибольшую плотность) и оказывает наибольшее давление.

Ненасыщенный пар

Пар, не находящийся в состоянии равновесия со своей жидкостью, называется ненасыщенным.

У разных жидкостей динамическое равновесие с паром наступает при различной плотности пара. Причина этого заключается в различии сил межмолекулярного взаимодействия. В жидкостях, у которых силы межмолекулярного притяжения велики, например у ртути, только наиболее «быстрые» молекулы, число которых незначительно, могут вылетать из жидкости. Поэтому для таких жидкостей уже при небольшой плотности пара наступает состояние равновесия. У летучих жидкостей с малой силой притяжения молекул, например у эфира, при той же температуре может вылететь за пределы жидкости множество молекул. Поэтому и равновесное состояние наступает только при значительной плотности пара.

Насыщенный пар имеет максимальные плотность и давление при заданной температуре.

Испарение твердых тел

Некоторые твёрдые тела тоже могут испаряться. Испарение твердых тел называют возгонкой (или сублимацией). 

Например, таким свойством обладает лёд. Это объясняет то, что белье после стирки высыхает и на зимнем морозе. Нафталин испаряется при комнатной температуре, поэтому мы чувствуем его запах. 

Запах создается молекулами, оторвавшимися от вещества и достигшими нашего носа. Поэтому говорят, что всякое пахнущее твёрдое вещество возгоняется в значительной степени.

На самом деле испаряются все твердые тела (даже железо). Но плотность насыщенного пара оказывается настолько мала, что обнаружить его очень сложно, иногда практически невозможно.

Кривые равновесия состояний вещества

На изображении выше с помощью изотерма реального газа показаны процессы фазовых переходов – конденсации и испарения. Эта схема является неполной, поскольку вещество может принимать также и твердое состояние. Достижение термодинамического равновесия между фазами вещества при заданной температуре возможно лишь при определенном давлении в системе.

Кривая фазового равновесия – это зависимость между равновесным давлением и температурой.

Примером такой зависимости может быть кривая равновесия жидкости и насыщенного пара. Если мы построим кривые, отображающие равновесие между фазами одного вещества, на плоскости, то мы увидим определенные области, которые соответствуют разным агрегатным состояниям вещества – жидкому, твердому, газообразному. Кривые, построенные в системе координат, называются фазовыми диаграммами.

Рисунок 3 . 4 . 4 . Типичная фазовая диаграмма вещества. K – критическая точка, T – тройная точка. Область I – твердое тело, область I I – жидкость, область I I I – газообразное вещество.

Равновесие между газообразной и твердой фазой вещества отображает так называемая кривая сублимации (на рисунке она обозначена как 0 T ), между паром и жидкостью – кривая испарения, которая заканчивается в критической точке. Кривая равновесия между жидкостью и твердым телом называется кривой плавления.

Тройная точка – это точка, в которой сходятся все кривые равновесия, т.е. возможны все фазы вещества.

Многие вещества достигают тройной точки при давлении меньше 1 а т м ≈ 10 5 П а . Они плавятся при нагревании в атмосферном давлении. Так, у воды тройная точка имеет координаты T т р = 273 , 16 К , p т р = 6 , 02 · 10 2 П а . Именно на ней основана абсолютная температурная шкала Кельвина.

У некоторых веществ достижение тройной точки происходит и при давлении выше 1 а т м .

Например, для углекислоты нужно давление в 5 , 11 а т м и температура T т р = 216 , 5 К . Если давление равно атмосферному, то для поддержания ее в твердом состоянии нужна низкая температура, а переход в жидкое состояние становится невозможен. Углекислота в равновесии со своим паром при атмосферном давлении называется сухим льдом. Это вещество не способно плавиться, а может только испаряться (сублимировать).

16.2. Заполните пропуски в тексте.Насыщенным паром называется пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью. Пар становится насыщенным, если сосуд с жидкостью закрыт. Когда сосуд открыт, то число молекул, вылетающих с поверхности жидкости, заметно больше числа молекул пара, возвращающихся обратно в жидкость. Если же сосуд закрыть, то плотность пара увеличится, число возвращающихся в жидкость молекул увеличится и со временем станет равным числу молекул жидкости, покидающих ее поверхность. Наступает динамическое равновесие между жидкостью и ее паром.

16.3. На рисунках схематически показано соотношение числа молекул жидкости, покидающих ее поверхность и возвращающихся из окружающей среды обратно в жидкость. Для каждого случая ответьте на вопросы. Существует ли динамическое равновесие между паром и жидкостью? Можно ли считать пар насыщенным? Ответы обоснуйте.

а) Динамического равновесия нет, так как число молекул, уходящих с поверхности, больше прилетающих, потому пар ненасыщенный.б) Динамического равновесия нет, так как число молекул, уходящих с поверхности, больше прилетающих, потому пар ненасыщенный.в) Динамическое равновесие есть. Число уходящих с поверхности жидкости молекул равно количеству прилетающих, потому пар насыщенный.16.4. В теплоизолированном сосуде 200 г холодной воды, взятой при температуре 0°С, смешивают с 600 г горячей воды, взятой пр температуре 80°С. Какая температура установится в сосуде в результате теплообмена? Потерями энергии можно пренебречь.

• Земельный кодекс рсфср 1970г кратко

    

• Военно политический блок берлин рим токио кратко

    

• Сделка маргариты с воландом кратко

    

• Евразийский соблазн флоровский кратко

    

• Партийный аппарат это кратко

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Физика 19.06.2023 23:44 2620 Трухман Дарья

6. По графику зависимости скорости равномерно дви- жущегося тела от времени (рис. 43) определите с

Ответов: 1

Физика 28.09.2023 20:06 4531 Копылова Алёна

3) Предложите единицы скорости, не указанные в параграфе.7 класс Физика​

Ответов: 2

Физика 20.06.2023 14:02 3207 Ашкенова Дарига

Скоростной поезд за 10 минут проходит путь, равны 40 км. Определить его среднюю скорость.

Ответов: 1

Физика 05.06.2023 05:32 1650 Блок Богдана

7. По графикам зависимости пути от времени (рис. 44) двух тел, движущихся равномерно, определите,

Ответов: 1

Физика 09.01.2020 05:53 2288 Хлыбов Глеб

С какой скоростью плывет лосось, если за 5 секунд он проплыл 30 метров

Ответов: 2

Физика 19.04.2021 18:59 400 Семенюк Фёдор

Гепард, мчащийся со скоростью 108км/ч, догоняет антилопу гну,которая находится в 100 м от него и убе

Ответов: 2

Физика 09.07.2019 04:33 1675 Репин Иван

1)Какую массу пороха нужно сжечь, чтобы при полном его сгорании выделилось 38000 кДж энергии2) Оловя

Ответов: 1

Физика 29.04.2023 12:23 4479 Парамонов Александр

К неподвижном у телу массой 20 кг приложили постоянную силу 6Н .Какую скорость приобретёт тело за15с

Ответов: 2

Физика 16.05.2023 15:32 2309 Халмурзиев Назар

На столе в купе поезда лежит книга. Изобразите силу трения покоя, деtiствующую на книгу, в следующих

Ответов: 2

Физика 03.04.2021 00:59 2402 Гейдаров Камран

Помогите пожалуйста! 3.  Стальную и свинцовую гири массой по 1 кг про­грели в кипящей воде, а

Ответов: 2

Зависимость давления насыщенного пара от температуры.

Для идеального газа справедлива линейная зависимость давления от температуры при постоянном объеме. Применительно к насыщенному пару с давлением р эта зависимость выражается равенством:

Так как давление насыщенного пара не зависит от объема, то, следова­тельно, оно зависит только от температуры.

Экспериментально определенная зависимость p(T) отличается от зави­симости (p=nkT) для идеального газа.

С увеличением температуры давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление идеального га­за (участок кривой АВ на рисунке). Это становится особенно очевидным, если провести изохору через точку A (пунктирная прямая). Происходит это потому, что при нагревании жидкости часть ее превращается в пар, и плотность пара растет. Поэтому, согласно формуле (p=nkT), давление насы­щенного пара растет не только в результате повышения температуры жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара. Главное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара заключается в из­менении массы пара при изменении температуры при неизменном объеме (в закрытом сосуде) или при изменении объема при постоянной температуре. С идеальным газом ничего подобного происходить не может (молекулярно-кинетическая теория идеального газа не предусматривает фазового перехода газа в жидкость).

После испарения всей жидкости поведение пара будет соответствовать поведению идеального газа (участок ВС кривой на рисунке выше).

Скорость испарения и температура

В жидкостях всегда имеется некоторое число быстро движущихся молекул. Значит,

Наполним два одинаковых сосуда водой одинаковой массы.  Но в один сосуд нальем воду комнатной температуры, а в другой — подогретую до высокой температуры (рисунок 3).

Рисунок 3. Зависимость скорости испарения от температуры жидкости

Наблюдения покажут, что количество подогретой жидкости в сосуде уменьшилось быстрее, чем жидкости комнатной температуры.

При увеличении температуры жидкости, увеличивается ее внутренняя энергия. При этом увеличивается средняя кинетическая энергия молекул и средняя скорость их движения. Значит, чем выше температура жидкости, тем больше в ней быстро движущихся молекул, которыe способны вылететь с поверхности.

Например, после дождя на улице остаются лужи. Дождь может пройти и холодной осенью, и жарким летом. Когда лужи высыхают быстрее? Конечно же летом, когда на улице более высокая температура.