Парообразование и конденсация.

Парообразование и конденсация. г. Москва, Восточный округ.АНО ОО "Русская Международная Школа" . (Ловцова Анжелика Фёдоровна-учитель физики и астрономии).

Молекулы со скоростью большой К поверхности воды уже «подходят», А их «собратья» с силой небольшой Из жидкости, конечно, не уходят. Молекул притяжение взаимное Не может удержать скоростных – Так происходит вылетание невинно Частичек сильных. В том вина не их.

Фазовые переходы

Твердое тело

• Любое вещество при определенных условиях может находиться в различных агрегатных состояниях – твердом , жидком и газообразном .
• Переход из одного состояния в другое называется фазовым переходом .

Жидкость

Газ

Парообразование

• Парообразование  — явление превращения жидкости в газ (пар).

Виды парообразования

Испарение над кружкой чая

Испарение

Кипение

Парообразование, происходящее с поверхности жидкости

Интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре

Испарение

• - это парообразование с поверхности жидкости .
• При испарении жидкость покидают более быстрые молекулы , обладающие большей скоростью.
• Испарение происходит при любой температуре , т.к. при любой температуре в жидкости находятся такие молекулы, которые обладают достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть силы сцепления между молекулами и совершить работу выхода из жидкости.

От чего зависит скорость испарения?

От температуры

От площади поверхности жидкости

От движения воздуха (ветра)

Чем выше температура жидкости, тем больше скорость движения молекул , у которых кинетическая энергия достаточна, чтобы преодолеть притяжение соседних молекул и вылететь с поверхности жидкости.

Жидкость могут покинуть только те молекулы, которые находятся у самой поверхности . Чем больше площадь испаряемой поверхности, тем большее число молекул одновременно вылетают из жидкости .

Быстрее испаряется та жидкость, молекулы которой притягиваются друг к другу с меньшей силой .

Молекула, вылетевшая из жидкости, может вернуться обратно в жидкость . Если дует ветер, который уносит эти молекулы , испарение происходит быстрее

От рода жидкости

Уменьшение температуры жидкости при испарении

• При испарении температура жидкости понижается , т.к. внутренняя энергия жидкости уменьшается из-за потери быстрых молекул

• Но, если подводить к жидкости тепло , то ее температура может не изменяться .

Возгонка и сублимация

• Существует ещё один интересный вид парообразования, когда твердое тело, минуя жидкое состояние, превращается в газ - возгонка .
• Такой особенностью обладают, например, кристаллы йода , нафталина , обычного и "сухого" льда .

• Возгонка льда возможна практически при любой отрицательной температуре в сухом воздухе, что практически бывает при сильном морозе.
• Обратный процесс превращения газа непосредственно в твердое вещество называется сублимацией (иней на деревьях и снег в тучах).

• Центрами кристаллизации здесь служат микроскопические пылинки и кристаллики соли, взвешенные в воздухе.

Конденсация

• Процесс превращения пара в жидкость называется  конденсацией .

• Конденсация пара сопровождается выделением энергии ;

• Пары воды в верхних (холодных) слоях атмосферы превращаются в облака

• Летним вечером или под утро, когда становится холоднее, выпадает роса

Кипение жидкости

• Кипение - это интенсивное парообразование, которое происходит при нагревании жидкости не только с поверхности, но и внутри неё.

• Кипение возможно лишь при определенной температуре – температуре кипения;
• Кипение начинается лишь после того, как давление внутри пузырьков сравнивается с давлением в окружающей жидкости;
• Во время кипения температура жидкости и пара над ней не меняется.

Температура кипения

• Температура, при которой жидкость кипит, называется температурой кипения ;

Температура кипения некоторых веществ

при нормальном атмосферном давлении

Вещество

Т , К

Азот

Вещество

Аммиак

77,15

Т , К

Ацетон

Гелий

239,8

Вода тяжелая

329,7

Глицерин

4,15

563,2

Вода

Графит

374,58

Кислород

4473

Воздух

273,15

90,15

81-78

Ртуть

630,15

Спирт

351,15

Процесс кипения

• Кипение  происходит с поглощением теплоты .

Жидкость

Кипение

Пар (газ)

Q

• Большая часть подводимой теплоты расходуется на разрыв связей между частицами вещества , остальная часть - на работу, совершаемую при расширении пара .
• В результате энергия взаимодействия между частицами пара становится больше , чем между частицами жидкости , поэтому

• внутренняя энергия пара больше, чем внутренняя энергия жидкости при той же температуре.

Механизм кипения воды

• При нагревании испарение с поверхности воды усиливается .

• Появление в жидкости многочисленных мелких пузырьков воздуха , растворённого в воде. При нагревании излишек воздуха выделяется в виде пузырьков с насыщенным водяным паром - испарение внутрь жидкости .

• Пузырьки становятся крупнее и многочисленнее .

• Архимедова сила, действующая на пузырьки, возрастает и при температуре близкой к кипению они всплывают.
• С приближением к поверхности объём пузырьков резко возрастает , на поверхности они лопаются , находящийся в них насыщенный пар выходит в атмосферу – слышен характерный шум – вода кипит.

Удельная теплота парообразования

• Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры, называется удельной теплотой парообразования .
• Единица удельной теплоты парообразования в системе СИ:

• [ L ] = 1 Дж/ кг

С ростом давления удельная теплота парообразования уменьшается и наоборот .

Удельная теплота парообразования жидкостей и некоторых металлов   при температуре кипения и нормальном атмосферном давлении

Вещество

Азот жидкий

r , кДж/кг

201

Алюминий

Вещество

r , кДж/кг 

Бензин

Кислород жидкий

9200

230-310

214

Магний

Висмут

5440

Медь

840

Водород жидкий

450

4800

Воздух

Олово

Ртуть

3010

197

Гелий жидкий

293

23

Свинец

Железо

Спирт этиловый

6300

Керосин

860

906

209-230

Эфир

356

Количество теплоты , необходимое для парообразования и выделяющееся при конденсации

Жидкость

Кипение

Пар (газ)

Q

L – удельная теплота парообразования

m – масса вещества

Q = L·m

Q

Жидкость

Конденсация

Пар (газ)

• Конденсируясь, пар отдает то количество энергии, которое пошло на его образование

нагревание

охлаждение

нагревание

охлаждение

График кипения и конденсации

D

Выделение Q

Поглощение Q

F

B

кипение

конденсация

E

C

G

t кипения = t конденсации

А

• При нагревании увеличивается температура жидкости.
• Скорость движения частиц возрастает.
• Увеличивается внутренняя энергия жидкости.
• Когда жидкость нагревается до температуры кипения, энергия молекул становится достаточной для того, чтобы преодолеть молекулярное притяжение .

• Температура не изменяется до тех пор, пока вся жидкость не выкипит.

Графики зависимости изменения температуры от времени двух жидкостей одинаковой массы.

t, ºC

1

2

t, мин

Зависимость температуры кипения от давления

• Температура кипения зависит от давления , оказываемого на свободную поверхность жидкости.

При повышении атмосферного давления

температура кипения повышается

Температура кипения воды при различных давлениях.

  р , МПа

0,1

t , 0 C

99,7

0,2

р , МПа

t , 0 C

0,3

1,2

120,3

133,4

187,8

1,3

0,4

р , МПа

143,5

1,4

191,5

3,5

t , 0 C

0,5

151,7

195,0

244

0,6

4,0

1,5

р , МПа

0,7

1,6

8,5

4,5

198,2

t , 0 C

252

158,7

164,8

301

259

201,3

0,8

5,0

9,0

1,7

1,8

170,8

0,9

5,5

266

305

9,5

204,2

309

272

207,0

175,2

10,0

1.0

1,9

6,0

313

277

11,0

210,2

179,7

6,5

2,0

212,3

320

283

7,0

12,0

2,5

288

7,5

224

13,0

327

293

333

8,0

14,0

339

297

15,0

344

16,0

350

Рассмотрим задачи:

На одинаковых спиртовках нагревают одинаковые массы воды, спирта, льда и меди. Какой из графиков соответствует нагреванию воды?

• 1) 1
• 2) 2
• 3) 3
• 4) 4

Жидкости могут испаряться

1) только при температуре кипения

2) только при температуре выше ее температуры кипения

3) только при температуре, близ зкой к ее температуре кипения

4) при любой температуре

Часть воды частично испарилась из чашки при отсутствии теплообмена с окружающей средой. Температура воды, оставшейся в чашке

1) повысилась

2) понизилась

3) не изменилась

4) повысилась или понизилась, в зависимости от скорости испарения

На графике показаны кривые нагревания одинаковых масс двух разных жидкостей при одной и той же постоянной мощности подводимого количества теплоты. Отношение температуры кипения первой жидкости к температуре кипения второй жидкости в шкале Цельсия равно

• 1/3
• ½
• 2
• 3

На графике показаны кривые нагревания одинаковых масс двух разных жидкостей при одной и той же постоянной мощности подводимого количества теплоты. Отношение удельной теплоты парообразования первой жидкости к удельной теплоте парообразования второй жидкости равно

10 мин

30 мин

• ½
• 1/3
• 2
• 3

Экспериментально исследовалась зависимость времени закипания воды от мощности кипятильника. По результатам измерений построен график, приведенный на рисунке. Какой вывод можно сделать по результатам эксперимента?

1) Время нагревания прямо пропорционально мощности нагревателя.

2) С ростом мощности нагревателя вода нагревается быстрее.

3) Мощность нагревателя с течением времени уменьшается.

4) С ростом мощности нагревателя вода нагревается медленнее.

В двух комнатах квартиры показания сухих термометров психрометра одинаковы, а показания влажных — отличаются от показаний сухого и различаются между собой. Если показания влажного термометра выше в первой комнате, то влажный платок

1) высохнет быстрее в первой комнате

2) высохнет быстрее во второй комнате

3) высохнет за одно и то же время в обеих комнатах

4) не высохнет в первой комнате, если показания психрометра в ней не изменятся

Какое количество теплоты потребуется, чтобы испарить 200 г воды, взятой при температуре кипения?

• 460 кДж

В электрический чайник было налито 0,99 кг воды. При напряжении 220 В и силе тока в цепи нагревателя 5 А вся вода выкипела через 2256 с после закипания. Определите удельную теплоту парообразования воды, если КПД нагревателя при передаче энергии воде равен 0,9. Ответ запишите числом (в кДж/кг).

2256

В электрическом чайнике было налито 0,99 кг воды. Через какое время после закипания выкипит вся вода, если при напряжении 220 В сила тока в нагревателе равна 5 А, а КПД нагревателя при передаче энергии воде равен 0,9. Удельная теплота парообразования воды 2256 кДж/кг. Ответ запишите числом (в с).

2256

. Кастрюлю с водой поставили на газовую плиту. Газ горит постоянно. Зависимость температуры воды от времени представлена на графике. График позволяет сделать вывод, что

• теплоемкость воды увеличивается со временем
• через 5 минут вся вода испарилась
• при температуре 350 К вода отдает воздуху столько тепла, сколько получает от газа
• через 5 минут вода начинает кипеть

Испарение жидкости происходит потому, что . . .

• разрушается кристаллическая решетка.
• самые быстрые частицы покидают жидкость.
• самые медленные частицы покидают жидкость.
• самые крупные частицы покидают жидкость.

При испарении жидкость остывает. Молекулярно-кинетическая теория объясняет это тем, что чаще всего жидкость покидают молекулы, кинетическая энергия которых

• равна средней кинетической энергии молекул жидкости
• превышает среднюю кинетическую энергию молекул жидкости
• меньше средней кинетической энергии молекул жидкости
• равна суммарной кинетической энергии молекул жидкости

Температура кипения воды зависит от

• мощности нагревателя
• вещества сосуда, в котором нагревается вода
• атмосферного давления
• начальной температуры воды

При одинаковой температуре 100  С давление насыщенных паров воды равно 10 5 Па, аммиака — 59  10 5 Па и ртути — 37 Па. В каком из вариантов ответа эти вещества расположены в порядке убывания температуры их кипения в открытом сосуде?

• вода  аммиак  ртуть
• аммиак  ртуть  вода
• вода  ртуть  аммиак
• ртуть  вода  аммиак

Спасибо за внимание.