Коли чашка з водою стоїть на протязі довгого часу, то в підсумку вся вода просто в ній випарується. У даній статті ми поговоримо про те, чому це відбувається, і обговоримо властивості парів.

Випаровування та конденсація

Молекули води при однаковій температурі рухаються з різною швидкістю. Звичайно ж, більшість дотримується єдиного значення швидкості, але у деяких з них показники суттєво відрізняються. У даних умовах відбувається так, що одна з найбільш швидких молекул потрапляє на вільну поверхню води. Вільна поверхня води — це межа, де рідина стикається з повітрям. Після потрапляння туди, молекули швидкість може подолати тяжіння інших, більш повільних, молекул і залишити саму воду. Цей процес отримав назву випаровування. Молекули, які вилітають з води, перетворюються в пару. Тепер перейдемо до термінології.


Випаровування — перетворення води в пару. Даний процес може протікати лише на кордоні з повітрям. Властивості водяної пари мають на увазі й таке, що через деякий проміжок часу молекула може перетворитися знову у воду. Це називається конденсацією. Конденсація — це явище протилежне випаровуванню.

Динамічна рівновага

Властивості парів різноманітні, і зараз ми поговоримо про один з таких. Раніше ми обговорили, що робиться, коли молекула залишає рідина, але приклад був приведе з відкритою чашкою води. Тепер обговоримо, що станеться, якщо чашка буде щільно закрита. В цьому випадку щільність пари над водою стане рости. З-за цього частинки будуть заважати один одному залишати кордон з повітрям, внаслідок цього процес випаровування буде знижуватися. В цей же час стане зростати швидкість конденсації, бо як через скупчення пари кількість молекул, які перетворюються у воду знову, виявиться більше.


Рано чи пізно в даних обставинах швидкість конденсації стане дорівнювати зі швидкістю випаровування. Дані властивості води і пари отримали назву — динамічна рівновага . Динамічна рівновага — це коли за один і той же час кількість молекул, що перетворилися в пар, дорівнює кількості молекул перейшли назад у воду. Виходячи з цього, слід, що обсяг води не буде зменшуватися, так само як і кількість пара. Це означає, що пар став «насиченим». Насичений пар — це коли він перебуває в динамічній рівновазі з водою, з якої вийшов. Аналогічно пар, який не знаходиться в стані динамічної рівноваги, називається ненасиченим. Властивості парів увазі, що насичений пар завжди володіє великим значенням тиску і щільності, ніж ненасичений. Це так, тому що у насиченого пара максимальне значення тиску і щільності. У фізиці дані величини позначаються, як p н і ? н відповідно.

Властивості насиченої пари

З інформації вище випливає, що стан насиченої пари можна описати тим же рівнянням, що і стан ідеального газу. Як мінімум спостерігається співвідношення між щільністю і тиском. Властивості води і водяної пари дивні, як мінімум, з-за цього. А цей факт, про схожість насиченого пара з ідеальним газом, був перевірений експериментальним шляхом. Вражає це тому, що властивості парів значно відрізняються від властивостей ідеальних газів. Варто перелічити головні їх відмінності.

Залежність густини від температури

Варто спочатку зробити ремарку і сказати, що вживаючи слово «пар», мається на увазі саме «насичений пар». Отже, теплофізичні властивості пари розуміють те, що його щільність при одній і тій же температурі не залежить від обсягу. Таким чином, якщо створити штучне тиск в герметичній посудині, то щільність пара збільшиться на якийсь час. А також прискориться конденсація і в рази перевищить процес випаровування. Так буде тривати до того, як не трапиться динамічна рівновага. З його настанням щільність знову нормалізується. Те ж саме станеться, якщо знизити тиск, тільки місце збільшення щільності пара буде відбуватися його зменшення. Відбувається це через прискорення випаровування. Але даний процес буде протікати до повної нормалізації всіх процесів. А також обсяг пара ніяким чином не впливає на його тиск. Це так, тому що обсяг не впливає на щільність. А за формулою щільність і тиск - взаємні величини в даному випадку. З цього випливає дане судження.

Вплив температури на щільність

Теплофізичні властивості води, пара ще мають на увазі те, що при одному і тому ж об'ємі води її щільність при нагріванні збільшується, а при зниженні температури, навпаки, знижується. Коли температура зростає, процес випаровування збільшується в рази. І як у минулому прикладі, динамічна рівновага порушується, зважаючи надмірного випаровування, але тільки на деякий час. Рано чи пізно процеси випаровування та конденсації знову нормалізуються. Аналогічно відбувається і при падінні температури. Тільки в цьому випадку знизиться швидкість випаровування, а конденсація буде протікати до того часу, поки не настане баланс між ними. Але, звичайно ж, це відбувається з набагато меншою чисельністю пара.
Виходячи з цього, можна заявити, що закон Шарля з насиченим пором не працює. Так це, тому що при нагріванні і охолодженні води її маса змінюється, а це, в свою чергу, означає, що функція не лінійна.

Залежність тиску від температури

Продовжуючи дану тему, варто згадати про ще однієї залежності. Справа в тому, що при збільшенні температури, тиск пари збільшується в кілька разів швидше. Насправді ця залежність спостерігається з щільністю, але даний висновок зроблено з того, що щільність і тиск - взаємопов'язані значення представленої формулою. Залежність тиску від температури не можна виділити із закону ідеального газу, так як представлена залежність експоненциальна.

Вологість повітря

Настав час поговорити про вологості повітря. Повітря зветься вологим, коли він містить пар. І ясна річ, що ця залежність прямо пропорційна. Тобто, чим пари більше, тим влажней повітря. Також існує поняття « абсолютна вологість » — це таке явище, коли створюється тиск в повітрі дорівнює тиску пара. Ще це явище працює і з щільністю пара. Відносною вологістю повітря називають відношення абсолютної вологості в повітрі, до тиску насиченої пари, за умови, що температура одна і та ж. Психрометр — це прилад для вимірювання вологості повітря. Він складається з двох термометрів, тільки один з них оповитий вологою тканиною. Принцип його роботи полягає в тому, що при низькій вологості випаровування з тканини протікає швидше, з-за чого оповитий термометр більше охолоджується. Через це з'являється різниця в показаннях між двома приладами. Виходячи з цього, вже обчислюють саму вологість повітря.