Не только знать, но и применять: температура насыщенного пара

Что это за параметр, как он обозначается?

Температурой является скалярная величина, обозначающая степень нагретости тела или газа.

Температура насыщенного пара равна температуре жидкости. В физике, единицей измерения температуры насыщенного пара принято считать Цельсий. В формулах и описании различных характеристик она обозначается буквой «t» или значком «°C».

Температура насыщенного пара также может рассчитываться в Кельвинах. При этом данный параметр обозначается буквой «К». При расчетах стоит учитывать, что 1°C = 274 К.

От чего зависит?

На температурный параметр насыщенного пара воздействуют различные факторы:

1. Химическое свойство вещества. Различные химические элементы имеют отличные параметры нагретости для кипения. Например, водород закипает при -253 градусах, а вода при 100°C.
2. Величина атмосферного давления. С увеличением давления повышается температура парообразования.
3. Плотность. Зависимость прослеживается недолгое время. При низкой плотности, между молекулами пара остается воздушное пространство с разностью температуры. Часть нагретости пара отдается воздуху, что снижает температуру самого пара. При увеличении плотности температура стабилизируется.
4. Степень насыщения жидкостью. Эта зависимость прослеживается на момент дисбаланса термодинамического равновесия и до появления конденсации. Также существует зависимость температуры пара от внешней температуры. Чем она ниже, тем выше конденсация.

График:

При какой t° водяной пар станет насыщенным?

Насыщенным водяной пар становится при достижении термодинамического равновесия со своей водой. Нижним порогом считается +1°C в закрытом сосуде, а верхний – при +100°C. Тут прослеживается зависимость от давления.

Величина атмосферного давления в 100 кПа позволяет доводить воду до кипения при 100 °C. Образование насыщенного пара при высокой температуре зависит от интенсивности подвода тепла к жидкости.

И в том и в другом случае, вода и образованный пар должны находится в закрытом сосуде и в термодинамическом равновесии между собой.

Какова максимальная и минимальная?

Максимальной температурой насыщенного пара может быть значение, равное температуре кипения его жидкости. Если данный параметр пара превышает температуру кипения жидкости, пар переходит в состояние перегретого.

Например:

1. Нижний порог образования, насыщенного водяного пара составляет +1 градус в закрытом сосуде. При 0 градусов осуществляется фазовый переход воды из жидкого состояния в твердое. С поверхности льда также может образоваться насыщенный пар, но уже в температурном равновесии со льдом.
2. Верхней температурной точкой является значение 100 градусов в Земном атмосферном давлении. Повышение температуры пара приведет к дисбалансу термодинамического равновесия и переходу в состояние перегретого пара.

При измерении верхней и нижней температурной точки образования насыщенного пара стоит учитывать свойства и химическую структуру самого вещества, а также параметры давления.

Таблица зависимости

Зависимость различных параметров насыщенного пара от его температуры приведена ниже.

Согласно таблице, можно проследить следующие зависимости от температурного параметра:

• рост абсолютного давления пара (ABS);
• снижение его объема (U);
• увеличение плотности (P);
• увеличение энтальпии жидкости (hf) и энтальпии пара (h);
• снижение удельной теплоты парообразования (L).

Как найти температуру насыщения водяного пара

Расчет температуры насыщенного водяного пара помогает определить множество параметров при проектировании различных паровых систем и оборудования.

Формула и правила расчета

Расчет температуры насыщенного пара выполняется по формуле:

Выражение состоит из следующих значений:

• «T» — температура насыщенного пара.
• «P» — давление.
• «V» — общий объем.
• «v» — количество полученного вещества.
• «R» — значение газовой постоянной.

Данное выражение является производным из формулы Менделеева-Клапейрона для идеальных газов.

Несколько примеров

Задача:

1. Давление 8000 Па.
2. Объем пара 5,3 М3.
3. Количества вещества 6 моль.
4. Газовая постоянная 8,31 кДж.
5. Температура пара в Кельвинах (К) неизвестна.

Решение:

Температура пара будет равна 850 градусов Кельвина.

Задача:

1. Давление 500 кПа.
2. Объем пара 9,7 М3.
3. Количество вещества 9 моль.
4. Газовая постоянная 8,31 кДж.
5. Температура неизвестна.

Решение:

Температура насыщенного пара, при данных параметрах 65 градуса Цельсия.

Параметры, которые зависят от температуры НП

Рассмотрим, какое влияние оказывает температура насыщенного пара на различные параметры.

Масса

С повышением температуры масса пара снижается. При термодинамическом равновесии, это происходит за счет процесса конденсации. Часть пара возвращается обратно в воду. При перегреве, вода из пара полностью выпаривается, что приводит также к уменьшению массы.

Упругость

При повышении температуры заметно увеличивается упругость пара. Это связано с увеличением плотности и степени насыщения. Также упругость зависит от величины капель конденсации. Чем они больше, тем больше упругость.

Давление

С повышением температуры давление возрастает, так как ускоряется процесс парообразования и скорость движения молекул. Чем выше температура, тем скорость движения выше.

Плотность

Она увеличивается при нагревании и уменьшается при охлаждении. Связано это также с увеличением скорости парообразования при нагревании.

Применение знаний на практике

Знания о влиянии температуры на характеристики насыщенного пара используются в промышленности. Например, системы отопления регулируются за счет изменения температуры, что позволяет контролировать массу и давление пара.

Видео по теме статьи

Зависимость давления насыщенного пара от температуры рассмотрена в видео:

Заключение

Температура насыщенного пара всегда должна быть равной температуре жидкости. От этого зависит степень насыщения и термодинамическое равновесие пара и жидкости. Только такие условия сохраняют пар в насыщенном состоянии.