Zanim odpowiemy na pytanie postawione w tytule artykułu, zrozumiemy, czym jest para. Obrazy, które większość ludzi ma z tym słowem: wrzący czajnik lub garnek, łaźnia parowa, gorący napój i wiele innych podobnych zdjęć. Tak czy inaczej, w naszych pomysłach nad powierzchnią unosi się ciecz i gaz. Jeśli zostaniesz poproszony o podanie przykładu pary, natychmiast przypomnisz sobie parę wodną, parę alkoholu, eteru, benzyny, acetonu.
Jest jeszcze jedno słowo określające stany gazowe - gaz. Tutaj zwykle przywołujemy tlen, wodór, azot i inne gazy, bez kojarzenia ich z odpowiednimi płynami. Dobrze wiadomo, że istnieją w stanie płynnym. Na pierwszy rzut oka różnice polegają na tym, że para odpowiada naturalnym cieczom, a gazy muszą być specjalnie skroplone. Nie jest to jednak do końca prawda. Ponadto obrazy powstające z par słów nie są parą. Aby dać dokładniejszą odpowiedź, zobaczmy, jak powstaje para..
Jaka jest różnica między parą a gazem?
Stan skupienia substancji zależy od temperatury, a dokładniej od stosunku energii, z którą oddziaływują jej cząsteczki, i energii ich chaotycznego ruchu termicznego. W przybliżeniu możemy założyć, że jeśli energia interakcji jest znacznie większa, jest to stan stały, jeśli energia ruchu termicznego jest znacznie wyższa, jest gazowa, jeśli energie są porównywalne, jest ciekła.
Cząsteczka gazu
Okazuje się, że cząsteczka mogłaby oderwać się od cieczy i uczestniczyć w tworzeniu pary, wartość energii cieplnej powinna być większa niż energia oddziaływania. Jak to się może stać? Średnia szybkość ruchu termicznego cząsteczek jest równa pewnej wartości, w zależności od temperatury. Jednak poszczególne prędkości cząsteczek są różne: większość z nich ma prędkości zbliżone do średniej wartości, ale część ma prędkości większe niż średnia, niektóre mniejsze.
Szybsze cząsteczki mogą mieć energię cieplną większą niż energia interakcji, co oznacza, że gdy znajdą się na powierzchni cieczy, mogą się od niej oderwać, tworząc parę. Ta metoda waporyzacji jest nazywana parowanie. Z powodu tego samego rozkładu prędkości zachodzi proces odwrotny - kondensacja: cząsteczki z pary przechodzą do cieczy. Nawiasem mówiąc, obrazy, które zwykle występują z parami słów, nie są parami, ale wynikiem przeciwnego procesu - kondensacji. Nie widać pary.
Parowanie
Para w pewnych warunkach może stać się cieczą, ale w tym celu jej temperatura nie powinna przekraczać określonej wartości. Ta wartość nazywa się temperaturą krytyczną. Para i gaz to stany gazowe, które różnią się temperaturą, w której istnieją. Jeśli temperatura nie przekracza krytycznej - pary, jeśli przekracza - gazu. Jeśli utrzymasz stałą temperaturę i zmniejszysz objętość, para skropli się, gaz nie upłynni się.Czym jest nasycona i nienasycona para wodna
Samo słowo „nasycony” zawiera pewne informacje; trudno jest nasycić duży obszar przestrzeni. Tak więc, aby uzyskać nasyconą parę, potrzebujesz ogranicz przestrzeń, w której znajduje się ciecz. Temperatura tej substancji powinna być niższa niż temperatura krytyczna. Teraz odparowane cząsteczki pozostają w przestrzeni, w której znajduje się ciecz. Początkowo większość przejść molekularnych nastąpi z cieczy, wraz ze wzrostem gęstości pary. To z kolei spowoduje większą liczbę odwrotnych przemian cząsteczek w ciecz, co zwiększy szybkość procesu kondensacji.
Wreszcie ustala się stan, dla którego średnia liczba cząsteczek przechodzących z jednej fazy do drugiej będzie równa. Ten warunek jest nazywany równowaga dynamiczna. Stan ten charakteryzuje się tą samą zmianą wielkości i kierunku szybkości parowania i kondensacji. Ten stan odpowiada parze nasyconej. Jeżeli stan równowagi dynamicznej nie zostanie osiągnięty, odpowiada to parze nienasyconej.
Zaczynają badać obiekt, zawsze z najprostszym modelem. W teorii kinetyki molekularnej jest to gaz idealny. Głównymi uproszczeniami są tutaj zaniedbanie wewnętrznej objętości cząsteczek i energii ich interakcji. Okazuje się, że taki model dość dobrze opisuje nienasyconą parę wodną. Co więcej, im mniej jest nasycony, tym bardziej uzasadnione jest jego użycie. Idealnym gazem jest gaz; nie może stać się ani parą, ani cieczą. Dlatego w przypadku pary nasyconej taki model nie jest odpowiedni.
Główne różnice między nasyconą parą wodną a nienasyconą
- Nasycony oznacza, że obiekt ten ma największą możliwą wartość niektórych parametrów. Dla pary to jest gęstość i ciśnienie. Te parametry dla pary nienasyconej mają niższe wartości. Im większa jest nasycenie pary, tym mniejsze są te ilości. Jedno wyjaśnienie: temperatura odniesienia musi być stała.
- Dla pary nienasyconej Ustawa Boyle-Marriott: jeżeli temperatura i masa gazu są stałe, wzrost lub spadek objętości powoduje spadek lub wzrost ciśnienia o tę samą ilość, ciśnienie i objętość są odwrotnie proporcjonalne. Z maksymalnej gęstości i ciśnienia w stałej temperaturze wynika ich niezależność od objętości pary nasyconej, okazuje się, że dla pary nasyconej ciśnienie i objętość są od siebie niezależne.
- Dla pary nienasyconej gęstość niezależna od temperatury, a jeśli objętość jest zachowana, wartość gęstości nie zmienia się. W przypadku pary nasyconej, przy zachowaniu objętości, gęstość zmienia się wraz ze zmianą temperatury. Zależność w tym przypadku jest bezpośrednia. Jeśli temperatura wzrośnie, gęstość wzrośnie, jeśli temperatura spadnie, gęstość również się zmieni..
- Jeśli objętość jest stała, para nienasycona zachowuje się zgodnie z prawem Charlesa: gdy temperatura wzrasta, ciśnienie wzrasta tak samo. Taki związek nazywa się liniowym. Przy nasyconej parze, wraz ze wzrostem temperatury, ciśnienie rośnie szybciej niż przy nienasyconej parze. Zależność jest wykładnicza.
Podsumowując, możemy zauważyć znaczące różnice we właściwościach porównywanych obiektów. Główną różnicą jest to, że pary w stanie nasycenia nie można rozpatrywać w oderwaniu od cieczy. Jest to dwuskładnikowy system, do którego nie można zastosować większości praw dotyczących gazu..
