Чем насыщенный пар отличается от ненасыщенного кратко

Обновлено: 05.07.2024

Насыщенный пар находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. Это состояние характеризуется тем, что число молекул, покидающих поверхность жидкости, равно в среднем числу молекул пара, возвращающихся в жидкость за то же время. Название пара — насыщенный — подчеркивает, что при данной температуре в данном объеме не может находиться большее количество пара. Если пар еще не достиг состояния динамического равновесия с жидкостью, он называется ненасыщенным.
Для насыщенного пара характерны следующие свойства:
— при постоянной температуре давление насыщенного пара не зависит от занимаемого объема;
— давление насыщенного пара при постоянном объеме увеличивается с ростом температуры., причем быстрее, чем у идеального газа при тех же условиях.

Насыщенный пар - это пар, находящийся в термодинамическом равновесии с соответствующей жидкостью (или твердым телом) при данной температуре, то есть, его парциальное давление соответствует равновесному при данной температуре. Фактически, это означает, что если в атмосферу такого пара поместить соответствующую ему жидкость той же температуры, то давление пара не будет увеличиваться - жидкость будет испаряться с той же скоростью, что и конденсироваться обратно.

Ненасыщенный пар - это пар, парциальное давление которого ниже равновесного при данной температуре. Соответственно, если в атмосферу такого пара поместить соответствующую ему жидкость той же температуры, то давление пара будет увеличиваться, пока не достигнет равновесного при данной температуре, то есть, пока пар не станет насыщенным (или пока вся имеющаяся жидкость не испарится, если ее количество недостаточно для доведения пара до насыщенного состояния).

Сухой и влажный пар - это не строгие понятия. Под сухим паром обычно понимают перегретый пар, то есть пар, нагретый выше температуры кипения соответствующей жидкости при данном давлении. Его называют "сухим" по той причине, что в таких условиях конденсация невозможна, то есть такой пар гарантировано не будет содержать жидкости.

Наоборот, влажным паром называют пар при температуре ниже температуры кипения соответствующей жидкости при данном давлении или любую систему, содержащую пар и взвешенный конденсат этого пара.

На последний вопрос ответ вытекает из предыдущего - если давление пара ниже насыщенного при данной температуре или если температура пара выше температуры кипения при данном давлении, то пар не будет содержать жидкости, пока условия не изменятся. Это обычное дело, например, в нашей обыденной жизни редко можно встретить пары кислорода, содержащие жидкий кислород :)

Молекулы жидкости постоянно покидают поверхность, постепенно переводя ее в газообразное состояние. В то же самое время имеет место обратный процесс — переход молекул из воздуха в жидкость. Если сосуд накрыть, то у молекул отсутствует возможность отдаляться от испаряемой поверхности. Поэтому оба процесса происходят в замкнутом пространстве, параллельно. Со временем установится динамическое равновесие — состояние, при котором количество молекул, покидающих поверхность жидкости и возвращающихся на нее, уравновесится.

Насыщенный пар — что это такое, определение

Насыщенным паром называется пар, для которого характерно термодинамическое равновесие с жидкостью (или твердым телом), имеющей идентичный состав.

Если говорится, что в опытах используется водяной насыщенный пар, то это значит, что он находится в термодинамическом равновесии с плоской поверхностью жидкости либо льда.

Чтобы понять механизм перехода молекул жидкости в воздух, вспомним о трех агрегатных состояниях веществ. Среди них:

твердое;
жидкое;
газообразное.

Разницу между ними обуславливает строение молекулярной решетки веществ, т.е. расположение молекул относительно друг друга. При обычных внешних условиях агрегатное состояние вещества — свойство стабильное. Однако когда внешние условия меняются, в т.ч. когда внутренняя энергия вырастает, возможны различные фазовые переходы. Причиной этому могут послужить, например, нагревание, охлаждение.

Фазовый переход, при котором вещество переходит из жидкого состояния в газообразное, носит название парообразования.

Он может происходить двумя вариантами:

В первом случае это происходит при поглощении энергии, т.е. телу необходимо подвести теплоту. Это ведет к увеличению внутренней энергии, способности молекул разорвать межмолекулярные связи и покинуть поверхность жидкости.

Чем отличается от ненасыщенного

В отличие от насыщенного пара, для ненасыщенного характерно:

Меньшие значения таких параметров, как плотность и давление. Чем менее пар насыщен, тем они меньше. Данное правило работает при условии, что температура не меняется.
Справедливость закона Бойля-Мариотта (при постоянных температуре и массе объем увеличивается/уменьшается так же интенсивно, как давление). Давление обратно пропорционально объему. Насыщенный пар, имеющий максимальную плотность и давление (Т постоянна), не обнаруживает зависимости между давлением и объемом.
При сохраняемом объеме плотность не зависит от температуры, поэтому объем будет постоянным при неизменности плотности. Для насыщенного пара характерно, что плотность меняется при изменении температуры.
При постоянном объеме справедлив закон Шарля: увеличение температуры ведет к такому же увеличению давления. Зависимость носит линейный характер. Насыщенный пар характеризуется тем, что давление растет интенсивнее при увеличении температуры — зависимость экспоненциальная.

Насыщенный пар никогда нельзя рассматривать без жидкости, с поверхности которой он испаряется. Это так называемая 2-х компонентная система, не подчиняющаяся основным газовым законам.

Свойства и применение насыщенного пара

К свойствам насыщенного пара относят:

Если температура постоянна, его плотность не зависит от занимаемого объема.
Давление, которое оказывает насыщенный пар на стенки сосуда, не зависит от объема.
Плотность пара увеличивается, если наблюдается возрастание температуры, а также уменьшается, если температура снижается.

Применение пара основано на его свойствах. В быту его применяют в качестве источника обогрева. Так, подводя пар к теплообменнику (раствору или обычной воде), запускают процесс конденсации. При этом отдается тепло. На таком принципе работает много теплообменных аппаратов. Кроме этого, пар может применяться и в качестве обогрева через стенку либо при непосредственном контакте с телом (продуктом).

Использование пара бывает и в качестве источника энергии, например, он является движущей силой в конструкции паровых турбин. Он помогает двигать лопасти турбин, посредством которых запускаются роторы генератора. Данный процесс необходим для выработки электричества.

Еще одним применением пара является механическое разделение жидкости. Явление называется атомизацией. В качестве примера можно привести организацию эффективного сгорания нефти, для чего обязательно ее разделение. Метод характерен для генераторов, работающих на мазуте.

С помощью пара можно очищать различные поверхности, увлажнять продукты, проводить дезинфекцию и стерилизацию и т.п.

Определение давления насыщенного пара в смеси с другими газами

На практике часто имеют дело с веществами, рассеянными в пространстве суммарно с прочими газами. В таком случае давление пара также можно определить. Рассмотрим пример. Используем два лабораторных открытых цилиндра, которые погрузим еще в одни сосуды, наполненные эфиром, с крышками. Каждый элемент системы подключен к манометру.

Открыв один сосуд, фиксируем возрастание давления. Разность давлений открытого и закрытого сосуда определяет давление насыщенного пара эфира.

Как можно перевести один в другой

Для перевода насыщенного пара в ненасыщенный достаточно увеличить температуру или объем сосуда, в котором он находится.

Перенасыщенный пар

Рассмотрим ситуацию, когда пары жидкости заключены в сосуде определенного объема. Понижение их температуры приведет к состоянию насыщения с последующей конденсацией. Капли жидкости будут оседать на стенках сосуда.

В то же время нужно помнить, что жидкость образуется только там, где есть так называемые центры конденсации. Это различные частички пыли, ионы, шипики на поверхности тел и т.д. В случае их отсутствия формирования капель не происходит, а образуется перенасыщенный пар. Его отличие в том, что оказываемое давление на стенки сосуда выше давления насыщенного пара, поскольку он имеет большую плотность.

Такое состояние называется метастабильным. Оно распространено в природе и часто используется в технике и науке. Для атмосферы характерно насыщение мельчайшими крупинками морской соли, которые являются ядрами для конденсации.

Определенная роль отводится также дыму.

Способы создания

Создать такое вещество, как пересыщенный пар, можно двумя способами:

Увеличить давление пара при постоянной температуре.
Охладить насыщенный пар (переохлажденный).

Для перенасыщенного пара характерна способность пребывать в таком состоянии долго, до тех пор, пока произойдет изменение температуры, давления. Тогда происходит конденсация, и пар переходит в состояние перенасыщенного. Таким образом, процесс переходит в стадию динамического равновесия.

Далее происходит следующий запуск камеры Вильсона, в котором идет образование пересыщенного пара. Этому способствует повышение давления, например, путем сжимания поршнем.

Физика

Насыщенные пары отличаются от ненасыщенных тем, что первые находятся в динамическом равновесии с жидкостью. Молекулы ненасыщенного пара покидают жидкое вещество в неограниченном количестве. Согласно законам физики, жидкость обладает свойством испаряться, а при доведении ее до кипения, она начинает превращаться в пар. Обратный процесс перехода газообразных веществ в жидкость носит название конденсация.

Процесс испарения

Все молекулы жидких веществ находятся в постоянном движении. Обычно их скорости колеблются в незначительных пределах. В основном это зависит от температуры среды. Однако существуют исключения. Небольшая часть молекул вещества перемещается со значительно большими скоростями. Когда такие частицы оказываются недалеко от поверхности жидкости, кинетической энергии хватает на то, чтобы преодолеть удерживающую их в среде силу. В итоге они вырываются из водного пространства и оказываются вне жидкости.

Проходящий процесс называется испарением. В результате формируется газообразная среда. Это является наглядным объяснением, какой пар называется ненасыщенным.

Динамическое равновесие

Ситуация меняется, если жидкость находится в герметично закрытом сосуде. В процессе испарения плотность формирующегося пара постоянно повышается, поскольку у него отсутствует возможность выхода наружу. В итоге пространство заполняется насыщенным паром. Со временем скорость испарения понижается. Одновременно начинает происходить процесс конденсации. Это означает, что некоторые молекулы газообразного вещества обратно возвращаются в воду.

В тот момент, когда процессы испарения и конденсации по скорости течения выровняются, наступает динамическое равновесие. С этого времени количество переходящих молекул из жидкой среды в газообразную и наоборот, уравнивается. Вода уже не может насыщать газообразную область. В итоге жидкость и пар перестают изменяться в объеме.

Имея представление о том, какой пар называют в физике ненасыщенным, понять процессы, происходящие при динамическом равновесии, не представляется сложным.

Понятие кипения

В некоторых случаях испарение жидкости происходит не только с ее поверхности, а также со всего объема. Кипение является ответом на происходящий процесс. С повышением температуры на водной поверхности появляются пузырьки. За небольшой промежуток времени внутри пузырьков происходит испарение жидкости. Одновременно повышается давление. Расширяясь, они поднимаются на поверхность, где сразу же лопаются.

Температура кипения жидкости в естественных условиях при 100000 Па составляет 100 градусов. Она изменяется в зависимости от давления. На высоте в горах вода закипает при более низкой температуре. Если же сосуд закрыт герметично, то закипания вообще не происходит.

Свойства насыщенного пара

Насыщенный пар обладает определенными свойствами. Среди них отмечаются:

Его плотность при постоянной температуре не зависит от объема. Если уменьшить объем сосуда, с присутствующим там газообразным веществом, то молекулы начнут переходить в водную среду. Так будет происходить до того времени, пока не наступит динамическое равновесие. Этот процесс не зависит от объема, а плотность газообразной среды останется прежней.
Величина давления не связана с объемом. При уменьшении давления некоторое количество молекул перейдут в газообразную среду и равновесие восстановится.
С повышением или понижением температуры при одинаковом объеме соответственно изменяется плотность. С увеличением градусов начинается процесс испарения, а с уменьшением происходит конденсация. Наблюдается это до тех пор, пока в обоих случаях не наступит динамическое равновесие.
При повышении температуры давление возрастает быстрее, чем по линейному закону.

Исследуя свойство насыщенного пара видно, что у него происходит постоянный контакт с жидкостью. Благодаря этому молекулы мигрируют в каждую среду по мере изменения внешних факторов.

Основные отличия

Изучая свойства насыщенного и ненасыщенного пара, можно найти несколько отличий. Среди них выделяются:

Для насыщенного газообразного вещества важными параметрами являются плотность и давление. Для ненасыщенного эти факторы не имеют большого значения.
Для ненасыщенного пара при одинаковой температуре изменение объема влечет за собой увеличение или уменьшение давления. Для насыщенного вещества эти 2 фактора не оказывают совместного влияния. Они работают независимо.
Для ненасыщенного пара нет зависимости плотности от температуры.
При увеличении температуры у ненасыщенного газообразного вещества в линейной зависимости поднимается давление. У насыщенного — по экспоненциальной кривой графика.

Процессы испарения и конденсации постоянно наблюдаются в окружающей человека жизни. Примером могут служить высыхающие после дождя лужи или скопление конденсата на запотевших стеклах домов. Вооружившись этими знаниями, есть возможность улучшить климат в квартире. В зависимости от необходимости изменения условий можно поставить в ней увлажнитель воздуха или камин с обдувом.

Читайте также: