Рейтинг фильтров для воды

Мы протестировали и выбрали лучшее очистное оборудование и бытовые фильтры

Занимательная физика: какими свойствами обладает насыщенный пар?

Насыщенный пар - это одно из самых распространенных агрегатных состояний воды, используемое в быту и промышленности.

Рассмотрим основные характеристики этого вещества, приведем таблицы свойств и основных характеристик насыщенного пара.

Какова важнейшая характеристика?

Самым важным свойством насыщенного пара является термодинамическое равновесие со своей жидкостью (например, водой).

Равновесие определяет баланс температуры и влажности. Эталонным значением является вытеснение с поверхности воды, площадью 1 см2 молекул, в количестве 1022. При этом скорость испарения определяется за 1 секунду времени.

Параметр насыщения молекулами воды является основным. При низком насыщении, пар переходит в состояние сухого, а при последующем увеличении температуры, происходит его перегрев. При обычном насыщении, пар снова меняет свое агрегатное состояние во время процесса конденсации (переход из газа в жидкое состояние).


Таблица

Характеристики насыщенного пара сильно зависят от атмосферного давления и температуры. Ниже приведена таблица основных свойств:

ТемператураДавлениеЭнтальпия жидкостиЭнтальпия параОбъем параУдельная теплота образования параПлотность
00,0060249320624930,004
100,0141251210624700,009
200,028325325724480,017
300,0412525513224250,03
400,0716725701924030,05
500,1220925891223800,08
600,22512608723560,13
700,32932626523330,19
800,43352644323100,29
900,73772662222850,42
1001,0341926791,622600,5
374225210021000,0030322

В таблице приведены следующие характеристики:

  1. foto47741-2Температура. Указана в градусах Цельсия (°С).
  2. Абсолютное давление кгс/см2. В таблице прослеживается рост давления при подводе тепла.
  3. Энтальпия жидкости кДж/кг. Увеличивается с ростом давления и температуры.
  4. Энтальпия пара кДж/кг. Также рост значений при подводе тепла.
  5. Объем пара м3/кг. Удельный объем газа снижается при росте давления и температуры.
  6. Удельная теплота парообразования кДж/кг. Также уменьшается по причине снижения необходимого количества тепловой энергии для смены агрегатного состояния.
  7. Плотность кг/м3. При увеличении подвода тепла и давления, плотность пара увеличивается.

Исключением в таблице является температурное значение +374 градуса. Это критический температурный порог, при котором удельная теплота парообразования равна 0 при давлении 225 Па.

Параметры

На процесс образования влияют несколько основных параметров, описание которым будет дано далее.

Упругость

Упругостью насыщенного пара является значение давления, при котором возникает термодинамическое равновесие пара с жидкостью. В замкнутом пространстве и происходит процесс испарения. Упругость является парциальным давлением, отличным от атмосферного.

Температура

Это показатель, при котором происходит образование и конденсация насыщенного пара. Для воды температура образования пара варьируется от +1 до 374 градусов. Подобный пар также может образовываться с поверхности льда при температуре от 0 градусов.

Температуре насыщенного пара свойственно равновесие со своей жидкостью: при температуре кипения воды 100 градусов, этому же значению равна температура пара.

foto47741-3

Влажность

Влажность определяется количеством молекул воды, находящихся в паре. Это значение пропорционально равно парциальному давлению пара. Для насыщенного пара влажность всегда составляет 100% из-за наличия конденсации и термодинамического равновесия.


Молярная масса

Данное значение определяет соотношение количества вещества к его массе. Единицей измерения является г/моль. Молярной массой насыщенного пара является значение 18 г/моль.

Как находить молярную массу насыщенного пара? Для вычисления этого значения используется формула:

foto47741-4

Выражение состоит из:

  • «M» — молярная масса;
  • «m» — масса вещества (пара);
  • «v» — количество вещества.

Ниже приведена таблица массы пара по отношению к давлению и температуре.

Температура °СДавление кПаМасса г/м3
00,63,2
101,29,4
202,317,3
304,230,3
407,351
5012,383
6019,9130
7031198
8047293
9070424
100101589

В данной таблице указана плотность вещества относительно давления и температуры. Плотность также рассчитывается по молярной массе:

foto47741-6

Где:

  • «M» — масса;
  • «v» — объем;
  • «p» — плотность.
Молярная масса насыщенного пара большого объема более точно рассчитывать по плотности газа.

Плотность

Плотность определяет, какое количество вещества покинуло жидкость в виде пара. Данное значение прямо зависит от температуры и не зависит от объема.

При повышении температуры плотность пара растет, так как все больше молекул воды покидает жидкость. Данный параметр уравновешивается при стабильном подводе тепла.

Давление

Данное значение определяет состояние пара в виде равновесного, по отношению к температуре. Давление прямо зависит от температуры. Чем выше подвод тепла к жидкости, тем быстрее происходит процесс парообразования, а значит большее количество молекул воды выходит с поверхности и насыщает пространство.

Давление стабилизируется при заданной температуре только на момент конденсации. Температура также имеет зависимость от давления. Чем оно выше, тем больше тепловой энергии требуется для испарения.

foto47741-5

Энтропия

Энтропия по своей сути очень сложное явление. Простыми словами, энтропия пара, это некоторое количество энергии, которое тратится безвозвратно. Например, при нагреве воды от 0 до 100 градусов, часть тепловой энергии для парообразования уходит на обогрев самой емкости, окружающей среды, самого образованного пара.


Также энтропией является величина энергии при конденсации, которая расходуется на термодинамическое равновесие с жидкостью и средой.

Энтальпия

Энтальпией насыщенного пара является значение тепловой энергии, требуемой для образования пара массой 1 кг из 1 кг воды. Данное значение также зависит от температуры и давления. Таблица зависимости приведена ниже:

ТемператураДавлениеЭнтальпия водыЭнтальпия пара
00,00602493
100,01412512
200,02812532
300,041252551
400,071672570
500,122092589
600,22512608
700,32932626
800,43352644
900,73772662
1001,024192679

Согласно таблице, видна зависимость потребления тепловой энергии при росте температуры. Чем выше температура среды и давление, тем выше теплосодержание как самой воды, так и ее насыщенного пара. Энтальпия насыщенного пара выражается в ккал/кг или кДж/кг.

Применение знаний на практике

Свойства насыщенного пара используются в быту и промышленности:

  1. foto47741-7Энергетика использует этот тип пара для работы паровых турбин, вращающих электрические генераторы.
  2. Теплоэнергетика применяет в теплоносителях для отопления, размораживания или увеличения влажности.
  3. В быту подобный пар используется в кулинарии. Например, его можно встретить при кипячении воды в чайнике, при работе мультиварок или печей.

Подобный пар также применяется для очистки оборудования на нефтяных, газовых и химических предприятиях. Также свойства насыщенного пара используется метеорологами для расчета влажности воздуха и степени испарения естественных водных источников.

Видео по теме статьи

О насыщенном паре и его свойствах расскажет видео:

Заключение

Насыщенный пар имеет большое значение для промышленности. Расчет его свойств и характеристик помогает спроектировать новое оборудование и поддерживать его работоспособность.

А какова Ваша оценка данной статье?
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...