Урок № 51

 Пароутворення та конденсація. Насичена та ненасичена пара. Кипіння

 Словник:   

Пароутворення – це процес переходу рідини з рідкого стану в газоподібний.

Зворотній процес називається конденсацією

Повторення

       Молекулярна кінетична теорія дозволяє не тільки зрозуміти, чому речовина може перебувати в газоподібному, рідкому і твердому станах, а й з’ясувати процес переходу речовини з одного стану в інший.

   1. Які фізичні властивості мають гази?

   2. Що можна сказати про будову газів, рух та взаємодію молекул в них?

Вивчення нового матеріалу

   1. Пароутворення і конденсація.

     Пароутворення – це процес переходу рідини з рідкого стану в газоподібний.

Зворотній процес називається конденсацією

    Проведемо дослід: пару з колби, в якій кипить вода, спрямує на дзеркало.    Дзеркало покрилося росою. Молекули пари віддали свою енергію холодному склу, скло покрилося краплинами. Пара конденсувалася.

Так само утворюється роса. Листя чи трава вночі охолоджуються. Пара, що міститься в повітрі, віддає їм свою енергію і конденсується.

Як утворюється хмара? В атмосфері є багато дрібних частинок, пара на них осідає, віддає свою теплоту, а сама стає маленькою краплинкою води. Велика кількість краплинок утворюють хмару.

  2. Випаровування і кипіння.

                                                Пароутворення

                                          

                       Випаровування                            Кипіння

    Випаровування – це пароутворення з вільної поверхні рідини.

    Кипіння – це пароутворення, яке відбувається як з вільної поверхні рідини, так і у всьому її об’ємі за певної для даної рідини температури.

1)    Випаровування відбувається за будь-якої температури.

2)           Під час випаровування температура рідини знижується.

    З точки зору молекулярно-кінетичної теорії випаровування пояснюється так.

Молекули поверхневого шару рідини зазнають меншого притягання з боку сусідніх молекул, ніж молекули нижніх шарів, бо над рідиною є газ, молекули якого взаємодіють із молекулами рідини значно слабше. Тому молекули поверхневого шару рідини з достатньою кінетичною енергією можуть долати притягання сусідніх молекул рідини і покидати її. Тобто переходити у пару. Під час випаровування рідина охолоджується внаслідок того, що її покидають молекули з найбільшою кінетичною енергією.

      Швидкість випаровування залежить від:

 - температури рідини;

 -  роду рідини;

 -  площі вільної поверхні рідини;

 -  наявності вітру над рідиною.

    

     Швидкість випаровування залежить від температури рідини. Чим вища температура рідини, тим більша кінетична енергія молекул, тим більша їх кількість переходить у пару. Отже, швидкість випаровування досить висока. Так, гарячий чай випаровується швидше, ніж холодний.

   

     Швидкість випаровування залежить від роду рідини. Між молекулами різних рідин існують різні сили притягання: в одних – менші, в інших – більші. Молекули ефіру притягаються між собою слабше, ніж молекули води. Щоб подолати сили притягання, для молекул ефіру потрібно менше енергії, ніж для молекул води. Так і для інших рідин.

     Швидкість випаровування залежить від площі вільної поверхні рідини. Якщо налити чай однакового об’єму в склянку і блюдце, то в блюдці він охолоне швидше, на цьому факті і заснована старовинна традиція чаювання з блюдця.

      Швидкість випаровування залежить від наявності вітру над рідиною. Деякі молекули, які покинули рідину під час випаровування, рухаючись хаотично і опинившись достатньо близько від поверхні рідини, можуть бути втягнені знову в рідину силами притягання великої кількості молекул поверхневого шару. Вітер же, утворений над рідиною, відносить молекули від поверхневого шару рідини. 

    

      Наприклад, вийшовши з річки, людина відчуває прохолоду, оскільки з її тіла випаровуються краплі води. За наявності вітру вода випаровується швидше, отже, температура падає швидше і холод відчутніший.

      У рідині завжди є розчинене повітря. Під час нагрівання рідини повітря розширюється, збираючись у бульбашки, які спочатку виникають на стінках чи дні посудини. Але крім повітря там є ще пара води. На бульбашки діє сила Архімеда і вони спливають. Бульбашки виринають знизу, збільшуються в об’ємі, спливають на поверхню і лопаються. З них виходить пара – вода кипить.

      На відміну від випаровування, яке відбувається за будь-якої температури, для кожної рідини температура кипіння своя.

Таблиця кипіння деяких речовин

Речовина	Температура , °С	Речовина	Температура, °С
Алюміній	1800	Ефір	35
Вода	100	Кисень рідкий	-183
Водень рідкий	-253	Олово	2300
Гелій рідкий	-269	Повітря рідке	-198
Залізо	2450	Ртуть	357
Золото	2947	Свинець	1600
Мідь	2300	Спирт	78
Нафталін	218	Цинк	906

    3. Питома теплота пароутворення.

   Пароутворення відбувається за будь-якої температури. Але найкраще воно проходить за температури кипіння. Це властиво не лише воді, а й будь-якім рідинам. В різних рідинах сили взаємодії між молекулами різні. Отже, різна кількість теплоти потрібна, щоб випарувати 1 кг різних рідин за температури кипіння.

      Фізична величина, що показує, яка кількість теплоти потрібна для перетворення 1 кг рідини на пару без зміни температури, називається питомою теплотою пароутворення.

      Питому теплоту пароутворення позначають літерою L і вимірюють у Дж/кг. Для різних речовин вона різна.

Таблиця питомої теплоти пароутворення

Речовина	L, 106Дж/кг	Речовина	L, 106Дж/кг
Вода	2,3	Спирт	0,9
Ртуть	0,3	Ефір	0,4

    Для випаровування 1 кг води за температури кипіння потрібно витратити 2300000 Дж енергії. А для випаровування 2 кг води потрібно вдвічі більше енергії.

2300000Дж · 2кг

    Щоб перетворити на пару m кг рідини за температури кипіння, потрібно питому теплоту пароутворення помножити на масу.

   Це виразимо у вигляді формули:                Q =L·m

    4. Залежність температури кипіння від тиску.

   Температура кипіння залежить від зовнішнього тиску над рідиною. У разі підвищення тиску температура кипіння збільшується, у разі зменшення – зменшується.

Запитання для самоперевірки

1. Які явища природи пояснюють конденсацією пари? Наведіть приклади.

2. Яка кількість теплоти необхідна, щоб перетворити на пару спирт масою 40 г?

3. Скільки сконденсувалось водяної пари, що має температуру 100 °С, якщо при цьому виділилось 11,5 МДж енергії?