Получите свидетельство
Вход
Изучая насыщенный пар, мы выяснили, что его давление зависит только от температуры. Теоретическая формула говорит нам, что давление прямо пропорционально температуре, но опыты говорят, что это не совсем так. Вы видите график, на котором изображен реальный процесс роста давления насыщенного пара в зависимости от температуры.
Линии один и два — это изохоры идеального газа. Мы видим, что на участке АВ давление насыщенного пара нелинейно зависит от температуры, хотя на участке ВС давление прямо пропорционально температуре. Дело в том, что при нагревании жидкости в закрытом сосуде, концентрация насыщенного пара растет, а, следовательно, давление повышается не только из-за повышения температуры. Точка В соответствует моменту, когда жидкость полностью превратилась в пар. В этом случае, концентрация пара больше не изменяется, и давление зависит только от температуры. Поэтому, процесс отлично описывается законом Шарля, несмотря на то, что насыщенный пар — это реальный газ.
Как вы знаете, по мере увеличения температуры, жидкость начинает испаряться все более интенсивно. Из курса физики восьмого класса вы знаете, что кипение — это более интенсивный процесс парообразования, чем испарение. По всему объему жидкости образуются пузырьки пара, которые всплывают на поверхность. Эти пузырьки, попадают в верхние, более холодные слои жидкости, и опускаются обратно. Но, в конце концов, вся вода нагревается, и пузырьки уже не уменьшаются в размерах, а лопаются, выпуская насыщенный пар. Надо сказать, что пузырьки жидкости могут лопнуть только в том случае, если давление насыщенного пара внутри пузырьков больше, чем внешнее давление.
Поскольку давление насыщенного пара зависит от температуры, мы можем заключить, что чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения. Поэтому, когда мы говорим, что температура кипения воды равна 100 оС, мы подразумеваем, что кипение происходит при нормальном давлении.
Если вода будет находиться под давлением в 15 раз больше атмосферного, то она не закипит и при 200 оС. Аналогично, в горах, вода может закипеть и при 80 оС, поскольку давление уменьшается с высотой. Именно по этой причине, альпинисты, находясь на большой высоте, не могут сварить яйца.
Вы видите так называемую фазовую диаграмму для воды. Не вдаваясь в подробности, эта диаграмма показывает, в каком состоянии будет находиться вода при различных давлениях и температурах.
Как вы видите, на этой диаграмме отмечена критическая точка (которая соответствует критическому давлению и критической температуре). Напомним, что если температура превышает критическую температуру, то газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении. Также, интерес представляет так называемая тройная точка. На диаграмме — это точка пересечения строго определенных значений давления и температуры, при которых вода может одновременно существовать в твердом, жидком и газообразном состоянии. Такое состояние воды достижимо при очень низком давлении (порядка 0,006 от нормального атмосферного давления) и при температуре 0,01 оС.
В завершении темы мы познакомимся с интересным явлением, которое получило название «эффект Лейденфроста». Все мы прекрасно знаем, что если поместить капельки воды на поверхность, температура которой значительно превышает температуру кипения воды, то капелька моментально выкипит. Однако, это не совсем так. При температуре выше определенного значения наступает эффект Лейденфроста — то есть капелька не выкипает достаточно долго, несмотря на то, что температура нагретой поверхности в разы превышает температуру кипения воды. Дело в том, что при соприкосновении с такой горячей поверхностью, нижняя часть капли воды мгновенно испаряется, создавая слой пара между поверхностью и основной массой капли. Это приводит к тому, что вода не находится в непосредственном контакте с нагретой поверхностью, и испаряется значительно медленнее, поскольку теплопроводность пара в разы меньше теплопроводности воды. Движение капель можно задать, если нагреть поверхность, ребристость которой направлена в одном и том же направлении.
0
7093
