Статистическая физика и термодинамика. Громов Ю.Ю - 17 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

ет среднюю скорость. Их кинетическая энергия достаточна для выхода из жидкости. С увеличением
температуры доля быстро движущихся молекул возрастает. Соответственно возрастает число испарив-
шихся молекул. Так как при испарении жидкость покидают наиболее быстрые молекулы, температура
жидкости уменьшается. Чтобы поддерживать температуру жидкости постоянной, нужно к жидкости
подвести тепло. Количество теплоты, необходимое для испарения жидкости при постоянной темпера-
туре, пропорционально массе испарившейся жидкости
rmQ
=
. (3.1.1)
где
r
– удельная теплота испарения (парообразования). Если в (3.1.1) положить 1=m , то
Qr
=
.
Удельная теплота испарения (парообразования) – это количество теплоты, необходимое для ис-
парения (парообразования) 1 кг жидкости при постоянной температуре.
Удельная теплота испарения зависит от рода жидкости и температуры. Это связано с тем, что для
каждого вещества существует своя работа выхода молекул. Работа выхода – это работа, которую со-
вершает молекула, чтобы преодолеть силы молекулярного притяжения. С повышением температуры
расстояние между молекулами в жидкости увеличивается. Соответственно силы притяжения между мо-
лекулами уменьшаются. Следовательно, работа выхода с повышением температуры уменьшается. По-
этому удельная теплота испарения с повышением температуры уменьшается.
При конденсации пара в жидкость выделяется тепло. Количество теплоты, которое выделяется при
конденсации 1 кг пара в жидкость, называется удельной теплотой конденсации. Удельная теплота кон-
денсации и удельная теплота парообразования для данной жидкости всегда совпадают по значению.
Обе эти величины в системе СИ измеряются в джоулях на килограмм (Дж/кг).
3.2 Насыщенный пар
Возьмем некоторое количество жидкости и поместим ее в сосуд и закроем его. Если температура
остается неизменной, то спустя некоторое время количество жидкости уменьшится, и в дальнейшем бу-
дет оставаться неизменным. Объясняется это тем, что часть жидкости перешла в пар. Сначала число
молекул, вылетающих из жидкости за одну секунду, больше числа молекул, возвращающихся в жид-
кость за это же время. Поэтому плотность пара над поверхностью жидкости возрастает. Это приводит к
увеличению числа молекул, возвращающихся обратно в жидкость. Спустя некоторое время из жидко-
сти вылетает столько же молекул, сколько возвращается в нее. Между паром и жидкостью устанавлива-
ется динамическое равновесие. Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей
жидкостью, называется насыщенным. Число молекул в насыщенном паре имеет максимально возмож-
ное значение. Так как давление насыщенного пара пропорционально концентрации его молекул, то при
данной температуре давление пара бóльшим быть не может.
Давление насыщенного пара при данной температуре – это максимальное давление, которое мо-
жет иметь пар при данной температуре.
При увеличении температуры жидкости растет число молекул, выходящих из жидкости, и, соответ-
ственно, молекул, возвращающихся в жидкость. Поэтому давление насыщенного пара возрастает при
увеличении температуры жидкости.
Мы знаем, что молекула испаряется с поверхности жидкости, если ее кинетическая энергия больше
потенциальной энергии притяжения к другим молекулам. Потенциальная энергия взаимодействия мо-
лекул зависит как от условий, в которых находится жидкость, так и от молекулярной структуры жидко-
сти. Давление насыщенного пара жидкости, состоящей из сильно взаимодействующих друг с другом
молекул, меньше, чем давление насыщенного пара жидкости, состоящей из слабо взаимодействующих
молекул.
Опыт показывает, что давление насыщенного пара зависит только от рода жидкости и от темпера-
туры, но не зависит от объема свободной от жидкости части сосуда, в котором находится пар. Незави-
симость давления насыщенного пара от объема объясняется тем, что при изменении объема динамиче-
ское равновесие между жидкостью и паром восстанавливается. При увеличении объема усиливается
процесс испарения жидкости, а при уменьшении объема преобладает процесс конденсации пара.
3.3 Ненасыщенный пар
Если объем сосуда, в котором находится жидкость, достаточно большой, то процесс испарения пре-
обладает над процессом конденсации. Жидкость может полностью испариться, прежде чем пар достиг-
нет состояния насыщения. Пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, назы-

Страницы