Перш, ніж відповідати на питання, поставлене в назві статті, розберемося, що таке пар. Образи, що виникають у більшості людей при цьому слові: киплячий чайник або каструля, парилка, гарячий напій і ще безліч подібних картинок. Так чи інакше, в наших уявленнях присутній рідина і газоподібна субстанція, що піднімається над її поверхнею. Якщо вас попросять привести приклад пара, ви відразу згадаєте водяна пара, пари спирту, ефіру, бензину, ацетону.
Існує ще одне слово для позначення газоподібних станів - газ. Тут ми зазвичай згадуємо кисень, водень, азот та інші гази, які не асоціюючи їх з відповідними рідинами. При цьому добре відомо, що вони існують і в рідкому стані. На перший погляд відмінності полягають в тому, що пар відповідає природним рідин, а гази треба сжижать спеціально. Однак це не зовсім вірно. Більш того, образи, що виникають при слові пар - паром не є. Щоб дати більш точну відповідь, розберемося, як виникає пар.
Чим відрізняється пар від газу?
Агрегатний стан речовини задається температурою, точніше співвідношенням між енергією, з якою взаємодіють його молекули і енергією їх теплового хаотичного руху. Наближено, можна вважати, що якщо енергія взаємодії значно більше - твердий стан, якщо значно більше енергія теплового руху - газоподібне, якщо енергії можна порівняти - рідке.
молекула газу
Виходить, щоб молекула могла відірватися від рідини і брати участь в утворенні пара, величина теплової енергії повинна бути більше енергії взаємодії. Як це може статися? Середня швидкість теплового руху молекул дорівнює значенню, що залежить від температури. Однак індивідуальні швидкості молекул різні: велика їх частина має швидкостями близькими до середнього значення, але деяка частина має швидкості більше середньої, деяка - менше.
Більш швидкі молекули можуть мати теплову енергію більшу, ніж енергія взаємодії, а значить, потрапивши на поверхню рідини, здатні відірватися від неї, утворюючи пар. Такий спосіб пароутворення називається випаровуванням. Через те ж розподілу швидкостей існує і протилежний процес - конденсація: молекули з пара переходять в рідину. До речі образи, які зазвичай виникають при слові пар, це не пар, а результат протилежного процесу - конденсації. Пар побачити не можна.
випаровування
Пар при певних умовах може стати рідиною, але для цього його температура не повинна перевищувати певного значення. Це значення називається критичною температурою. Пар і газ - газоподібні стану, що відрізняються температурою, при якій вони існують. Якщо температура не перевищує критичної - пар, якщо перевищує - газ. Якщо підтримувати температуру постійної і зменшувати обсяг, пар - скраплюється, газ - не зріджується.Що таке пар насичений і ненасичений
Саме слово "насичений" несе певну інформацію, важко наситити велику область простору. Значить, щоб отримати насичений пар, треба обмежити простір, в якому знаходиться рідина. Температура при цьому повинна бути менше критичної для даної речовини. Тепер випарувалися молекули залишаються в просторі, де знаходиться рідина. Спочатку більшість переходів молекул буде відбуватися з рідини, при цьому щільність пара буде підвищуватися. Це в свою чергу викличе більше число зворотних переходів молекул в рідину, що збільшить швидкість процесу конденсації.
Нарешті, встановлюється стан, для якого середнє число молекул, які переходять з однієї фази в іншу буде рівним. Такий стан називається динамічна рівновага. Для цього стану характерне однакове зміна величини і напрямки швидкостей випаровування і конденсації. Цей стан відповідає насиченому пару. Якщо стан динамічної рівноваги не досягнуто, це відповідає ненасиченого пару.
Починають вивчення якогось об'єкта, завжди з найпростішої його моделі. У молекулярно-кінетичної теорії це - ідеальний газ. Основні спрощення тут - зневага власним об'ємом молекул і енергією їх взаємодії. Виявляється, подібна модель цілком задовільно описує ненасичений пар. Причому чим менше він насичений, тим правомірніше її застосування. Ідеальний газ - це газ, він не може стати ні паром, ні рідиною. Отже, для насиченого пара подібна модель не є адекватною.
Основні відмінності насиченої пари від ненасиченого
- Насичений означає, що даний об'єкт має найбільше з можливих значень деяких параметрів. Для пара - це щільність і тиск. Ці параметри для ненасиченого пара мають менші значення. Чим далі пар від насичення, тим менше ці величини. Одне уточнення: температура порівняння повинна бути постійною.
- Для ненасиченого пара виконується закон Бойля-Маріотта: Якщо температура і маса газу постійні, збільшення або зменшення обсягу, викликає зменшення або збільшення тиску в стільки ж разів, тиск і об'єм - пов'язані обернено пропорційною залежністю. З максимальності щільності і тиску при постійній температурі випливає їх незалежність від обсягу насиченої пари, виходить, що для насиченої пари тиск і обсяг - не залежать одне від одного.
- Для ненасиченого пара щільність не залежить від температури, і якщо обсяг зберігається, не змінюється і значення щільності. Для насиченого пара при збереженні обсягу щільність змінюється, якщо змінюється температура. Залежність в даному випадку пряма. Якщо збільшується температура, збільшується і щільність, якщо температура зменшується, так само змінюється щільність.
- Якщо обсяг постійний, ненасичений пар поводиться відповідно до закону Шарля: при збільшенні температури в стільки ж разів збільшується і тиск. Така залежність називається лінійної. У насиченої пари при збільшенні температури тиск зростає швидше, ніж у ненасиченого пара. Залежність має експонентний характер.
Підводячи підсумок, можна відзначити значні відмінності властивостей порівнюваних об'єктів. Основна відмінність в тому, що пар, в стані насичення, можна розглядати у відриві від його рідини. Це двокомпонентна система, до якої не можна застосовувати більшість газових законів.
