Содержание
При каких условиях происходит фазовый переход?
Условиями фазового перехода газа являются процессы испарения и конденсата. Насыщение происходит при следующих условиях:
Испарение в закрытом сосуде
В заданном объеме количество испаряемых молекул ограничено. Испаряясь, исходное вещество расширяется, ее плотность уменьшается. И наоборот, плотность газа увеличивается, давление растает быстрее температуры. Дальнейшее нагревание при интенсивном парообразовании стирает различия между состояниями веществ.
Образуется однородная фаза, пар становится концентрированным, то есть, находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. Для простоты понимания: вода кипит в закрытом сосуде, испаряясь с поверхности. Образовавшееся сырое плотное облако — есть продукт насыщения.
Конденсация путем сжатием до насыщения
Когда происходит процесс уменьшения объема или охлаждение, сокращается межмолекулярное пространство, частицы сближаются и уплотняются. В это время жидкость не образуется, а пар становится концентрированным. Таким примером является облако перед дождем – оно уплотнено и насыщено, но дождь еще не идет.
Пар такого вида считается не достигшим состояния динамического равновесия. Водяные молекулы при нагревании беспрепятственно разлетаются, заполняя собой окружающий воздух, теряя свою плотность.
Значения t°, при которых пар становится насыщенным и наоборот
Температурный режим является одним из основных показателей, регулирующих переход пара из плотного в разряженное состояние. Температура насыщения — это наивысшая мера тепла, когда вещество сохраняет свои свойства, и минимальный показатель, при котором образуется пар.
После того как в данном объеме при температуре насыщения, водяной пар становится уплотненным, его количество перестает возрастать. Большую концентрацию молекул при определенном количестве теплоты, достичь нельзя. Это подтверждает приведенная ниже таблица.
Температура °С | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
Плотность г/куб.м | 4,8 | 17,3 | 52,0 | 133 | 293 | 589 |
Давление Па | 613 | 2333 | 7330 | 19900 | 47343 | 101325 |
Переход пара в разряженное состояние также регулируется температурным режимом. Этот процесс зависит от того, каким образом получен насыщенный пар.
Плотный пар, полученный путем интенсивного газообразования, переходит в разряженный при уменьшении теплового показателя. Прекратив нагревание, пар и вода остынут: вода насытится, пар разрядится.
Концентрированный пар, полученный путем охлаждения, переходит в разряженный при снижении тепловой подачи. Газ согревается, расширяется и теряет признаки насыщения.
Как можно перевести?
Переход пара из одной фазы в другую зависит от двух определяющих показателей. Изменяя температуру и давление, можно получить насыщение разряженного газа.
Превратить изменением температуры
Есть два варианта, когда, изменяя температуру, можно увеличить концентрацию газообразного вещества. При этом термометр может достигать как верхней, так и нижней критической отметки по данному веществу:
-
При нагревании до точки кипения вода нагревается, доходит до максимального значения и начинает интенсивно испаряться, образуя газообразное состояние над линией поверхности.
Объем сосуда остается неизменным, благодаря закрытой крышке.
Когда количество испарившихся частиц будет равно вернувшимся в жидкость, произойдет насыщение.
-
Охлаждение до точки росы (до критически низкого показателя). Охлаждение приводит к уменьшению объема, при этом движение частиц замедляется. Газ концентрируется до насыщения, но влага не образуется.
Если количество теплоты становится ниже предельной отметки, появляются влажные капли. Пример: образование тумана. Холодным осенним утром теплые частички в окружающем воздухе остывают, сгущаются и концентрируются.
Увеличение давления
Увеличивая давление путем сжатия, пар из разреженного состояния можно перевести в насыщенное.
Для примера рассмотрим цилиндр с поршнем, внутри которого находится разряженный пар в (верхнее положение цилиндра). Происходит сжатие, уменьшается объем (среднее положение цилиндра).
Дальнейшее сжатие приведет к изменению физического состояния вещества: газ перейдет в жидкость.
Видео по теме статьи
О насыщенном и ненасыщенном паре расскажет видео:
Заключение
Подводя итоги статьи, сделаем выводы, что перевести ненасыщенный пар в насыщенный можно тремя способами:
- охладить до насыщения — чем ниже показатель тепла, тем ниже давление;
- сжать, а более точно, увеличить давление — при начале процесса перехода в жидкость и установлении динамического равновесия с ней пар становится насыщенным;
- испарить жидкость до насыщения — при нагревании давление в закрытом сосуде возрастает.
Охлаждение и сжатие могут происходить по отдельности или одновременно, эффект будет одинаковым.