Справочник по физике для поступающих в ВУЗы - Гаевой А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, молекулы все время вылетают из жидкости и вновь возвращаются в нее. Если преобладает первый процесс, то говорят, что жидкость испаряется, если второй — конденсируется пар. Поскольку с поверхности жидкости вылетают наиболее быстрые молекулы, то при испарении жидкости без притока тепла извне средняя скорость хаотического движения молекул уменьшается и, следовательно, жидкость охлаждается. Это явление, в частности, используется в холодильных установках.
Испарение жидкости происходит при любой температуре н тем быстрее, чем выше температура, так как при более высокой температуре имеется большее число молекул, обладающих энергией, достаточной для совершения работы выхода из жидкости. Очевидно, испарение будет происходить интенсивнее, если свободная поверхность жидкости велика и быстрее удаляются образовавшиеся над жидкостью пары.
При конденсации пара средняя скорость хаотического движения молекул жидкости возрастает и жидкость нагревается. Количество теплоты, которое было затрачено на испарение Жидкости, равно количеству тенлоты, отдаваемой паром при его конденсации.
§ 59. Ненасыщающие и насыщающие пары
Если жидкость находится в открытом сосуде, то количество молекул, покидающих ее, превалирует над количеством молекул возвращающихся, и количество жидкости постепенно уменьшается. Если же жидкость находится в закрытом сосуде и вначале над ней не было пара, то до некоторого момента времени количество моле-
5*
131
кул, покидающих ее, превышает количество возвращающихся молекул» т. е. количество пара будет {увеличиваться. Пар, находящийся над жидкрстью, в этом случае называют ненасыщающим, так как может происходить дальнейшее испарение жидкости в заполняемое паром пространство. Через некоторое время в пространстве над жидкостью окажется столько молекул, что установится равновесие между количеством молекул, вылетающих из жидкости, и молекул, возвращающихся в нее. Такое равновесие называется динамическим, а пар над жидкостью — насыщающим.
Ненасыщающий пар, как и газ, подчиняется законам идеальных газов. Чем более далек пар от состояния' .насыщения, тем лучше его состояние описывается законами Бойля — Мариотта, Гей-Люссака и Шарля. С увеличением количества пара над поверхностью жидкости при неизменной температуре давление его увеличивается. Давление будет максимальным тогда, когда пар становится насыщающим, так как в этом случае является максимальным количество молекул, занимающих предоставленный им объем.
Если при неизменной температуре объем, занимаемый насыщающим паром, уменьшить, то часть молекул перейдет в жидкость, и наоборот, если в тех же условиях объем насыщающего пара увеличить, то часть жидкости испарится, а давление насыщающего пара не изменится. Отсюда следует, что давление насыщающего пара не зависит от объема, т. е. он не подчиняется закону Бойля — Мариотта. При. повышении температуры давление насыщающего пара возрастает, так как увеличивается количество молекул жидкости, которые обладают энергией, достаточной для вылета из жидкости. Однако зависимость давления насыщающего пара от температуры иная, чем у газов, т. е. насыщающий пар не подчиняется закону Шарля. При нагревании на 1°С давление насыщающего пара увеличивается неравномерно, а именно — при высоких температурах быстрее, чем при низких. Это объясняется тем, что при нагревании смеси жидкость — пар изменяется не только скорость хаотического движения молекул, но также и количество молекул, содержащихся в единице объема пара, т. е. с повышением температуры плотность насыщающего пара увеличивается. Следовательно, давление насыщающего пара зависит от температуры: оно тем больше, чем выше температура. Б этом состоит резкое отличие насыщающих паров от газов.
Насыщающие пары различных жидкостей при одинаковой температуре имеют разное давление. Например, давление насыщающих паров спирта больше, чем паров воды, а паров эфира — больше, чем спирта. Из вышеизложенного следует, что ненасыщающий пар можно перевести в насыщающий, уменьшая его объем (сжимая), или понижая его температуру (охлаждая), или же одновременно сжимая и охлаждав его. Обратный переход пара из насыщающего в ненасыщающий достигается или увеличением объема без повышения темпера-
132
туры, илн повышением температуры пара. В технике ненасыщающий пар получают путем нагревания насыщающего пара. Полученный таким образом ненасыщающий пар называется перегретым паром.
§ 60. Кинение
Чтобы могло происходить испарение, необходимо наличие поверхности раздела, т. е, нустого (или заполненного газом) пространства над жидкостью. Однако эту поверхность можно получить и внутри жидкости, так как любая жидкость способна в той или иной мере поглощать газы. При нагревании жидкости растворенные в ней газы начинают выделяться в виде пузырьков. Пузырьки внутри жидкости могут существовать в том случае, если давление пара в них равно или чуть больше внешнего давления, при котором находится жидкость (в противном случае появляющиеся пузырьки тотчас же были бы сжаты — существование их в этих условиях невозможно). Внутрь пузырьков и идет испарение.
