Найти давление и плотность водяного пара при температуре

Свойства водяного пара: температура, тройная точка, упругость, термодинамическое равновесие, плотность

Найти давление и плотность водяного пара при температуре

Изучение теплофизических свойств воды и водяного пара помогает понять, почему происходит испарение. Благодаря динамическому равновесию газообразного и жидкого состояния Н2О осуществляется круговорот воды в природе.

Атмосфера планеты служит защитным колпаком, в ней происходят те же термодинамические процессы, что и в закрытой емкости с водой. Зависимость давления пара от температуры, плотности соответствует уравнению Менделеева-Клапейрона.

С помощью формул можно вычислить, чему будет равна плотность пара в пузырьках, поднимающихся к поверхности воды, или при какой температуре закипит вода, если подняться на гору, где давление воздуха ниже.

Вода превращается в пар при температуре

Понятие «водяной пар» характеризует свойство жидкостиулетучиваться. Начало испарения — отрыв частичек воды от поверхности воды. Изжидкого агрегатного состояния молекулы переходят в газообразное.

Превращение вгазовую фазу происходит до момента насыщения, когда возникает равновесие междужидкой или твердой субстанцией и газом. Молекула воды не в силах оторваться отповерхности, если плотность достигает максимальной величины, газ становитсянасыщенным.

Определить величину давления насыщения водяного пара можно длялюбой температуры. Даже лёд обладает способностью испаряться.

Когда говорят об испарении, уточняют градусы Цельсия, при которых начинается парообразование. При 100°С жидкость закипает только при атмосферном давлении 760 мм рт. столба. Чем ниже давление, тем свободнее отрываются частицы воды от поверхности, насыщая воздух.

Снижение давления до 0,006 атмосфер (тройная точка) приводит к тому, что вода одновременно присутствует в трех фазовых состояниях: жидком, твердом, газообразном. Кипение воды в лабораторных условиях достигается без перехода в жидкое состояние.

Происходит вскипание твердой фазы, процесс называется возгонкой. Лед трансформируется в газообразное состояние при температуре –0,1°С под давлением ниже тройной точки.

Величину давления и плотности насыщенного водяного пара при различной температуре устанавливают экспериментальным путем.

Способность паров насыщать воздух характеризуетсявлажностью. Упругость водяного пара определяют прибором для измерениявлажности, он называется психрометром. Измеряется парциальное давление водяныхпаров, находящихся в атмосферном воздухе.

Насыщенный водяной пар

Вернемся к эксперименту. Итак, у нас в закрытой банкежидкость. Что происходит? Испарение воды. Процесс начинается при низкойплотности воздуха. Благодаря пару, давление на поверхность жидкости возрастает,оно препятствует движению молекул. Их все меньше и меньше отрывается от воды.

Наступает момент, когда образуются капли влаги. Этот процесс называется«конденсация». Когда скорость образования пара равна скорости конденсации,возникает термодинамическое равновесие. Пар в этот момент считается насыщенным.Жидкость и газ уравновешивают друг друга.

Такое состояние достигается приопределенных условиях, важные параметры:

  1. Температура, изменение на долю градуса нарушает равновесие. При повышении парообразование ускоряется, при понижении увеличивается процесс конденсации влаги.
  2. Давление, при его понижении молекулы жидкой фазы свободнее передвигаются, отрываются от поверхности, начинается испарение воды.

Почему не учитывается объем банки? Он не меняет термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения. Допустим, крышка экспериментальной банки опустилась ниже, объем уменьшился. К чему это приведет? Пар будет ускоренно конденсироваться до момента равновесия. При увеличении объема ускорится парообразование, но замкнутая система опять придет в равновесное состояние.

Изучая термодинамику, легко понять, почему пар обжигаетсильнее воды той же температуры. Что такое кипение? Состояние, при которомжидкая фаза активно превращается в парообразное состояние. Следовательно,происходит обратный процесс конденсации, он сопровождается выделением теплоты.За счет этого ожог от пара сильнее.

Удельная теплоемкость возрастает, если повышается температураводы. Процесс парообразования виден в момент кипения. При повышении давлениятемпература газов достигает 200°С, это свойство используется в теплотехнике,горячим, вязким паром заполняют теплообменники.

Давление насыщенного водяного пара

Формула p=nkT указывает на прямую зависимость давленияидеального газа (p) и его температуры (Т). Параметр n –число молекул,содержащихся в заданном объеме, характеризует плотность пара. ПостояннаяБольцмана k устанавливает взаимосвязь температуры с энергией образованиявещества (энтальпия).

Пар нельзя сравнивать с идеальным газом. Его давление приповышении температуры растет быстрее из-за повышения плотности. Концентрациячастиц в неизменном объеме возрастает.

Эти особенности свойств водяного паранеобходимо учитывать при расчетах давления насыщенного водяного пара.

Если видеальном газе возрастает энергия ударов молекул о стенки сосуда, то внасыщенном паре существенно возрастает число ударов за счет увеличенияконцентрации активных частиц.

Плотность насыщенного водяного пара

Плотностью называется отношение массы вещества к его объему.Этот параметр характеризует расстояние между отдельными молекулами. В жидкойфазе они сцепляются между собой, в твердой расположены симметрично относительнодруг друга. В газообразном находятся на произвольном удаленном расстоянии, чемобъясняется отличие плотности водяного пара от плотности воды.

Теперь подробно рассмотрим, какое влияние оказывает наплотность насыщенных водяных паров изменение температуры. Она непостоянна из-заизменения массы газообразной фазы:

  • при повышении температуры она возрастает за счетускорения испарения;
  • при понижении – падает, вода активноконденсируется.

По сути, она должна постоянно меняться, так как частицы водынепрерывно движутся, переходят из одного агрегатного состояния в другое. Но придинамическом равновесии концентрация неизменна: сколько молекул испарится,столько же конденсируется. Показатели устанавливаются экспериментально длякаждой температуры. Их значения сведены в таблицы.

Источник: https://VodaVoMne.ru/svojstva-vody/svojstva-vodyanogo-para

Свойства насыщенного водяного пара

Найти давление и плотность водяного пара при температуре

В таблице приведены следующие свойства насыщенного водяного пара в зависимости от температуры: давление, удельный объем, плотность, удельные энтальпии жидкости и пара, теплота парообразования.

Пересчет в СИ: 1 кгс/см2 = 9.81·104Па

Температура,
°С

Давление (абсолютное)
кгс
/см2

Удельный объем
м3
/кг

Плотность
кг
/м3

Удельная энтальпия жидкости i
кДж/кг

Удельная энтальпия пара i’’
кДж/кг

Удельная теплота парообразования  r
кДж/кг

0

0,0062

206,5

0,00484

0

2493,1

2493,1

5

0,0089

147,1

0,00680

20,95

2502,7

2481,7

10

0,0125

106,4

0,00940

41,90

2512,3

2470,4

15

0,0174

77,9

0,01283

62,85

2522,4

2459,5

20

0.0238

57,8

0,01729

83,80

2532,0

2448,2

25

0,0323

43,40

0,02304

104,75

2541,7

2436,9

30

0,0433

32,93

0,03036

125,70

2551,3

2425,6

35

0,0573

25,25

0,03960

146,65

2561,0

2414,3

40

0,0752

19,55

0,05114

167,60

2570,6

2403,0

45

0,0977

15,28

0,06543

188,55

2579,8

2391,3

50

0,1258

12,054

0,0830

209,50

2589,5

2380,0

55

0,1605

9,589

0,1043

230,45

2598,7

2368,2

60

0,2031

7,687

0,1301

251,40

2608,3

2356,9

65

0,2550

6,209

0,1611

272,35

2617,5

2345,2

70

0,3177

5,052

0,1979

293,30

2626,3

2333,0

75

0,393

4,139

0,2416

314,3

2636

2321

80

0,483

3,414

0,2929

335,2

2644

2310

85

0,590

2.832

0,3531

356,2

2653

2297

90

0,715

2,365

0,4229

377,1

2662

2285

95

0,862

1,985

0,5039

398,1

2671

2273

100

1,033

1,675

0,5970

419,0

2679

2260

105

1,232

1,421

0,7036

440,4

2687

2248

110

1,461

1,212

0,8254

461,3

2696

2234

115

1,724

1,038

0,9635

482,7

2704

2221

120

2,025

0,893

1,1199

504,1

2711

2207

125

2,367

0,7715

1,296

525,4

2718

2194

130

2,755

0,6693

1,494

546,8

2726

2179

135

3,192

0,5831

1,715

568,2

2733

2165

140

3,685

0,5096

1,962

589,5

2740

2150

145

4,238

0,4469

2,238

611,3

2747

2125

150

4,855

0,3933

2,543

632,7

2753

2120

160

6,303

0,3075

3,252

654,1

2765

2089

170

8,080

0,2431

4,113

719,8

2776

2056

180

10,23

0,1944

5,145

763,8

2785

2021

190

12,80

0,1568

6,378

808,3

2792

1984

200

15,85

0,1276

7,840

852,7

2798

1945

210

19,55

0,1045

9,567

897,9

2801

1904

220

23,66

0,0862

11,600

943,2

2803

1860

230

28,53

0,07155

13,98

989,3

2802

1813

240

34,13

0,05967

16,76

1035

2799

1763

250

40,55

0,04998

20,01

1082

2792

1710

260

47,85

0,04199

23,82

1130

2783

1653

270

56,11

0,03538

28,27

1178

2770

1593

280

65,42

0,02988

33,47

1226

2754

1528

290

75,88

0,02525

39,60

1275

2734

1459

300

87,6

0,02131

46,93

1327

2710

1384

310

100,7

0,01799

55,59

1380

2682

1302

320

115,2

0,01516

65,95

1437

2650

1213

330

131,3

0,01273

78,53

1498

2613

1117

340

149,0

0,01064

93,98

1564

2571

1009

350

168,6

0,00884

113,2

1638

2519

881,2

360

190,3

0,00716

139,6

1730

2444

713,6

370

214,5

0,00585

171,0

1890

2304

411,6

374

225

0,00310

322,6

2100

2100

0

Источник: Павлов, К. Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. Под ред. П.Г. Романкова. — 11-е изд., стереотипное. Перепечатка с изд. 1987 г. — М.: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004. — 576 с.

Источник: http://www.fptl.ru/spravo4nik/sv-va_para.html

Biz-books
Добавить комментарий