Статистическая физика и термодинамика. Громов Ю.Ю - 20 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

%100
н
p
p
=ϕ
. (3.5.2)
В воздухе с малой относительной влажностью испарение происходит быстро. В воздухе с большой
относительной влажностью испарение замедляется. С испарением связана способность человеческого
организма к охлаждению. Для оптимального теплообмена человеческого организма при температуре
20…25 °С наиболее благоприятна относительная влажность около 50 %. При более высоких температу-
рах предпочтительна более низкая влажность.
Если влажный воздух охладить, то при некоторой температуре водяной пар в нем становится насы-
щенным. При дальнейшем охлаждении он конденсируется, образуя росу. Температура, при которой во-
дяной пар в воздухе становится насыщенным, называется точкой росы. При этой температуре относи-
тельная влажность воздуха равна 100 %.
3.6 Кипение жидкости
Испарение происходит со свободной поверхности жидкости при любой температуре. При опреде-
ленных условиях процесс парообразования происходит и внутри жидкости.
Парообразование, происходящее одновременно с поверхности и по всему объему жидкости при оп-
ределенной постоянной температуре, называется кипением.
Чтобы понять физические процессы, происходящие при кипении, и выяснить условия, при которых
оно происходит, рассмотрим простой опыт. Возьмем воду в прозрачной колбе и будем ее нагревать. Мы
заметим, что сначала дно колбы и стенки покрываются мелкими пузырьками. Это выделяется раство-
ренный в воде воздух. В пузырьках содержится также насыщенный пар воды. Пузырьки воздуха всегда
есть в жидкости, но при температурах, близких к комнатной, они не видны невооруженным глазом. При
незначительном нагревании жидкости давление в пузырьках растет и их объем увеличивается. Сила
Архимеда, действующая на пузырьки, возрастает, и они начинают подниматься вверх. Попав в верхние,
еще не нагревшиеся, слои жидкости, пузырьки охлаждаются, уменьшаются в объеме и с шумом схло-
пываются. С течением времени вода полностью прогревается, и пузырьки уже не исчезают в верхних
слоях воды. Наоборот, они увеличиваются в размерах. Количество пара в них растет непрерывно по ме-
ре приближения к поверхности воды. Наконец пузырьки достигают поверхности и лопаются. Содержа-
щийся в них пар выбрасывается в воздух.
Кипение начинается, когда давление насыщенного пара внутри пузырьков становится равным или
большим внешнего давления. Внешнее давление имеет три составляющих. Это атмосферное давление,
гидростатическое давление и давление, связанное с силами поверхностного натяжения. Внутреннее
давление равно сумме давления воздуха и давления насыщенного пара. Исследования показали, что ос-
новную роль играют атмосферное давление и давление насыщенного пара в пузырьках. Всплывающие
пузырьки лопаются, когда давление насыщенного пара, которым они заполнены, превосходит атмо-
сферное давление. Отсюда следует, что температура кипения жидкости зависит от давления. С повыше-
нием внешнего давления температура кипения жидкости увеличивается, а понижение внешнего давле-
ния приводит к уменьшению температуры кипения.
Температура кипения зависит от наличия примесей в жидкости. Например, вода, содержащая 12 %
поваренной соли, кипит при атмосферном давлении при 102 °С, а вода, содержащая 40 % поваренной
соли, кипит при 108 °С. Опыт показывает, что температура кипения раствора всегда выше, чем темпера-
тура кипения чистого растворителя при тех же условиях.
Температура кипения в процессе кипения не меняется. Чем больше теплоты подводится к жидко-
сти, тем больше всплывает и лопается пузырьков. Это приводит к охлаждению жидкости. Таким обра-
зом, устанавливается баланс между подводимым извне теплом и отдаваемым теплом. Пары кипящей
жидкости всегда имеют температуру этой жидкости. Это означает, что при переходе жидкости в пар
кинетическая энергия молекул не изменяется. Вся подводимая к жидкости теплота идет на увеличение
потенциальной энергии молекул. Это приводит к изменению агрегатного состояния вещества.
Жидкость, не содержащая газ и находящаяся в сосуде, со стенок которого удален газ, не закипает.
Такую жидкость можно нагреть до температуры, более высокой, чем ее нормальная температура кипе-
ния. Если в такую жидкость поместить примеси, то она бурно вскипает. Дегазированная жидкость, на-
гретая до температуры, превышающей ее нормальную температуру кипения, называется перегретой
жидкостью. Состояние перегретой жидкости является неустойчивым.

Страницы