Содержание
- Что это за параметр, в чем измеряется (кг/м3 и г/см3)?
- Сравнение плотности сухого воздуха и водяного пара
- В чем разница в значении для насыщенного и ненасыщенного?
- От чего зависит?
- Что такое абсолютная плотность?
- Как меняется при изменении температуры?
- Таблица зависимости
- Как определить?
- Где используют знания в жизни?
- Заключение
Что это за параметр, в чем измеряется (кг/м3 и г/см3)?
Плотностью водяного пара является соотношение его массы к объему. По международной системе «СИ», данный параметр рассчитывается в килограммах на кубический метр (кг/м3).
По системе «СГС», в граммах на кубический сантиметр (г/см3). В формулах и руководствах по эксплуатации данный параметр обозначается буквой «p».
Сравнение плотности сухого воздуха и водяного пара
Обе среды сильно отличаются. Для того чтобы провести сравнение, необходимо учесть, что эталонным значением плотности сухого воздуха является 1,22 кг/м3.
Эта величина рассчитывается в условиях температуры 15 градусов и атмосферного давления 101 Па.
При температуре 15 градусов и атмосферном давлении 101 Па, плотность водяного пара составляет 0,0128 кг/м3, что примерно в 95 раз меньше плотности сухого воздуха.
Такое большое различие по плотности обусловлено химическим составом двух газов. В сухом воздухе содержится большее число молекул, так как он является смесью нескольких газов, наполнен различными тяжелыми частицами.
В чем разница в значении для насыщенного и ненасыщенного?
Плотность насыщенного пара всегда больше, чем ненасыщенного. Разница кроется в уровне влажности.
Еще одной зависимостью является температура. При ее росте увеличивается плотность ненасыщенного пара до предела насыщения в 100%. На этом пороге пар входит в термодинамическое равновесие с водой, и рост плотности останавливается.
При увеличении температуры плотность станет увеличиваться, но при этом произойдет потеря равновесия, и пар станет перегретым.
От чего зависит?
Плотность и давление водяного пара могут менять свои значения, в зависимости от следующих факторов:
- Температура. При повышении температуры плотность и давление увеличиваются.
- Атмосферное давление. Его увеличение снижает плотность, так как снижается скорость парообразования.
- Уровень влажности. Чем он выше, тем плотность и давление выше. На параметры влияет количество молекул воды, содержащихся в паре.
- Взаимосвязь с внешней атмосферой. Плотность насыщенного пара в закрытом сосуде выше, чем при контакте с внешней средой. Скорость снижения плотности при контакте с воздухом увеличивается пропорционально скорости движения внешней среды (ветер).
При этом стоит учитывать, что отсутствует зависимость плотности от объема. Например, в закрытом сосуде, при уменьшении объема, занимаемого пространства, плотность снижается на начальном этапе и достигает своей изначальной величины после достижения термодинамического равновесия с водой и уровня насыщения.
Что такое абсолютная плотность?
Значением абсолютной плотности водяного пара является величина абсолютной влажности занимаемого им пространства. Влажность воздуха также указывает на плотность насыщенного пара, находящегося в нем.
По данному значению рассчитывается относительная влажность, как отношение плотности насыщенного пара и влажности воздуха, в котором пар содержится.
Как меняется при изменении температуры?
Значение плотности водяного пара имеет прямую зависимость от его температуры:
- При увеличении подвода тепла плотность растет, так как увеличивается скорость парообразования. Молекулы воды в большом количестве покидают жидкость, увеличивая концентрацию пара.
- При снижении температуры плотность снижается. Происходит это за счет конденсации и снижения скорости молекул воды в паре. При конденсации, в условиях понижения температуры, прекращается или снижается парообразование, количество молекул, покинувших газ не возобновляется, а значит падает общая плотность.
Зависимость плотности от температуры очень наглядно прослеживается в таблице.
Таблица зависимости
Таблица взаимосвязи плотности водяного пара и температуры.
Температура °С | Давление P кгс/см2 | Плотность p кг/м3 | Плотность p г/м3 |
0 | 0,006 | 0,004 | 4,9 |
5 | 0,008 | 0,006 | 6,8 |
10 | 0,012 | 0,009 | 9,4 |
15 | 0,017 | 0,012 | 12,8 |
17 | 0,019 | 0,014 | 14,6 |
20 | 0,02 | 0,017 | 17,3 |
25 | 0,03 | 0,023 | 23 |
30 | 0,04 | 0,03 | 30,4 |
35 | 0,05 | 0,039 | 39,6 |
40 | 0,07 | 0,051 | 51,2 |
45 | 0,9 | 0,065 | 65,4 |
50 | 0,12 | 0,083 | 82,8 |
55 | 0,16 | 0,10 | 104 |
60 | 0,2 | 0,13 | 129,5 |
65 | 0,25 | 0,16 | 160 |
70 | 0,31 | 0,19 | 196,4 |
75 | 0,39 | 0,24 | 239,3 |
80 | 0,48 | 0,29 | 289,7 |
85 | 0,59 | 0,35 | 348,7 |
90 | 0,71 | 0,42 | 417,3 |
95 | 0,86 | 0,50 | 496,8 |
при 100 градусах | 1,03 | 0,59 | 588,5 |
В таблице прослеживается зависимость плотности и давления при увеличении температуры.
Как определить?
Ниже приведена формула расчета плотности водяного пара и несколько простых задач.
Формула и правила расчета
Расчет плотности пара выполняется по формуле:
Выражение состоит из следующих значений:
- «p» — плотность пара.
- «F» — абсолютная влажность (г/м3).
- «m» — масса пара (кг или грамм).
- «V» — общий объем пара (м3).
Часто также учитывается температура и тип пара, если расчеты делаются для проектирования сложных систем теплообмена, с регулируемой температурой испарения.
Несколько примеров на определение
Зная формулу расчета плотности водяного пара и ее зависимость от температуры, несложно рассчитать это значение при решении задач.
Задача:
- Масса водяного пар 500 кг.
- Общий объем пара 100 м3.
- Плотность неизвестна.
Чему равна плотность? Решение:
- Формула плотности пара p=m/v=кг/м3.
- P=500/100=5 кг/м3.
Ответ: плотность 500 кг водяного пара, объемом 100 м3 составляет 5 кг/м3.
Задача: определите плотность водяного пара по углекислому газу.
Для определения плотности пара по углекислому газу, требуется определить соотношение их молярных масс к занимаемому объему:
- Молярная масса пара 18 г/моль.
- Молярная масса углекислого газа 44 г/моль.
- P=18/44=0.4091 г/моль.
Ответ: плотность водяного пара по углекислому газу составляет 0,4091 г/моль.
Где используют знания в жизни?
Значение плотности парообразования применяется при расчетах влажности воздуха в метеорологии.
Это значение помогает определить количество осадков, уровень испарения естественных водоемов.
Величина плотности испарения используется при проектировании и эксплуатации тепловых систем.
Еще одним применением является подсчет уровня выброса пара на различных предприятиях, деятельность которых строится на очистке и сушки с использованием пара.
Заключение
Плотность водяного пара — еще одно значение, использующееся при расчетах уровня влажности и испарения. Зависимость этой величины от температуры и давления также важно при проектировании устройств и защите климата.