"Физика", Б.А.Кронгарт, Ш.Б. Насохова
Парообразование — переход жидкости в газ, который происходит при испарении или кипении. Обратный процесс называют конденсацией. Эти явления объясняются движением молекул и зависят от температуры, площади поверхности и условий вокруг жидкости. Главное — различать испарение и кипение, а также понимать, почему в закрытом сосуде устанавливается равновесие между жидкостью и её паром.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Парообразование — переход вещества из жидкого состояния в газообразное. Оно происходит двумя способами: при испарении с поверхности жидкости и при кипении во всём её объёме. Это общее название процессов, благодаря которым жидкость превращается в пар.
Испарение — парообразование с поверхности жидкости, возможное при любой температуре. Отдельные быстрые молекулы покидают жидкость, поэтому вода может постепенно исчезать даже без кипения. Понятие помогает объяснить высыхание белья, луж и других жидкостей.
Конденсация — переход вещества из газообразного состояния в жидкое. При этом молекулы пара сближаются и возвращаются в жидкость. Так появляются капли воды на холодном стекле или крышке.
Насыщенный пар при данной температуре находится в динамическом равновесии с жидкостью, а ненасыщенный пар ещё не достиг такого равновесия. Динамическое равновесие означает, что испарение и конденсация идут одновременно с одинаковыми скоростями. Если равновесие не установилось, пар может увеличивать своё количество за счёт испарения.
Молекулы жидкости непрерывно и беспорядочно движутся, но имеют разные скорости. У поверхности иногда оказывается молекула с большой скоростью, и её движения хватает, чтобы преодолеть притяжение соседних молекул и улететь наружу. Поэтому испарение идёт при любой температуре, а не только перед кипением.
При повышении температуры средняя скорость движения молекул возрастает, и быстрых молекул становится больше. Значит, за одно и то же время поверхность покидает больше частиц, поэтому испарение ускоряется. Наоборот, охлаждение обычно замедляет этот процесс.
Чем больше свободная поверхность жидкости, тем больше молекул одновременно может покинуть её. Поэтому вода в блюдце испаряется быстрее, чем такой же объём воды в узком стакане. Скорость также зависит от рода жидкости: например, летучие жидкости испаряются быстрее воды.
Движение воздуха уносит молекулы пара от поверхности и не даёт им быстро вернуться обратно. Из-за этого рядом с жидкостью не накапливается много пара, который мог бы конденсироваться. Поэтому ветер или поток воздуха ускоряет высыхание.
Покинувшие жидкость молекулы могут снова попасть в неё и перейти в жидкое состояние: это конденсация. В закрытом сосуде часть молекул одновременно испаряется, а другая часть конденсируется. Когда скорости процессов сравниваются, устанавливается динамическое равновесие и пар становится насыщенным; если испарение преобладает, пар остаётся ненасыщенным.
В таблице сначала найдите название явления или состояния, затем сравните его признаки и условия наблюдения. Особенно полезно сопоставить испарение с конденсацией и насыщенный пар с ненасыщенным. Последний столбец показывает, какой вывод нужно удержать в памяти.
| Явление или состояние | Что происходит | Где или при каких условиях наблюдается | Что важно помнить |
|---|---|---|---|
| Парообразование | Жидкость превращается в газ | При испарении или кипении | Общее название перехода жидкости в пар |
| Испарение | Молекулы уходят с поверхности жидкости | При любой температуре; быстрее при нагревании, ветре и большой поверхности | Происходит только с поверхности |
| Конденсация | Молекулы пара переходят в жидкость | При охлаждении пара или его соприкосновении с жидкостью | Это обратный испарению процесс |
| Насыщенный пар | Испарение и конденсация уравновешены | В закрытом сосуде над жидкостью при данной температуре | Процессы не прекращаются |
| Ненасыщенный пар | Испарение преобладает над конденсацией | Если равновесие с жидкостью ещё не установилось | Количество пара может увеличиваться |
Мокрая ткань лежит в комнате при обычной температуре. Объясните, почему вода постепенно исчезает, хотя ткань не нагревают до кипения. Нужно определить процесс и указать условие его протекания.
Ответ: ткань высыхает из-за испарения воды с её поверхности. Для испарения не требуется доводить воду до температуры кипения. Постепенно число молекул воды в ткани уменьшается.
В двух одинаковых открытых сосудах находится одна и та же жидкость. Один сосуд стоит в тёплом месте, другой — в прохладном. Требуется выяснить, где жидкость испарится быстрее, если площадь поверхности и остальные условия одинаковы.
Ответ: быстрее жидкость испарится в тёплом сосуде. Причина состоит в большей средней скорости молекул и большем числе быстрых молекул у поверхности. Температура здесь является главным различием условий.
В закрытом сосуде над жидкостью установилось динамическое равновесие. Затем при той же температуре часть пара удалили. Нужно определить, каким станет пар сразу после удаления и какой процесс временно усилится.
Ответ: после удаления части пара он становится ненасыщенным. Жидкость испаряется с преобладающей скоростью, увеличивая количество пара. Через некоторое время снова установится динамическое равновесие.
Парообразование только при кипении. Так думают, потому что кипение заметнее: в жидкости появляются пузырьки. Проверьте себя: если жидкость исчезает с поверхности при комнатной температуре, это испарение.
Любой пар над жидкостью насыщенный. Наличие жидкости рядом ещё не доказывает равновесие, особенно в открытом сосуде или сразу после удаления пара. Проверьте, равны ли скорости испарения и конденсации при данной температуре.
Путаница испарения и конденсации. Ошибка возникает, когда не учитывают направление перехода между состояниями. Проверьте себя: жидкость превращается в газ при испарении, а газ превращается в жидкость при конденсации.
При равновесии процессы прекращаются. Равенство скоростей ошибочно принимают за полную остановку движения молекул. Проверьте себя: динамическое равновесие означает одновременное продолжение обоих процессов.
Для понимания темы нужны знания о строении вещества, движении молекул и агрегатных состояниях. Именно движение частиц объясняет, почему одни молекулы покидают жидкость, а другие возвращаются в неё. Переходы между состояниями связывают микроскопическое движение молекул с наблюдаемыми явлениями.
Эти знания пригодятся при изучении кипения, влажности воздуха и теплообмена. Испарение и конденсация сопровождаются изменением энергии вещества, поэтому важны при объяснении охлаждения тела и образования облаков. Понятие насыщенного пара используется при описании состояния воздуха.
Почему жидкость испаряется, даже если её не нагревать?
Молекулы жидкости движутся с разными скоростями. Самые быстрые из них могут покинуть поверхность даже при комнатной температуре, поэтому испарение возможно без нагревания до кипения.
Чем испарение отличается от кипения?
Испарение происходит только с поверхности жидкости и при любой температуре. Кипение идёт во всём объёме жидкости при определённой для неё температуре, когда образуются пузырьки пара.
Почему бельё быстрее высыхает в тёплую и ветреную погоду?
В тёплом воздухе молекулы воды движутся быстрее, поэтому испарение ускоряется. Ветер уносит влажный воздух от ткани и уменьшает количество пара около её поверхности.
Что означает выражение «насыщенный пар»?
Насыщенный пар при данной температуре находится в динамическом равновесии с жидкостью. Испарение и конденсация продолжаются, но происходят с одинаковой скоростью.
Прекращаются ли испарение и конденсация, когда установилось динамическое равновесие?
Нет, оба процесса продолжаются. Равновесие означает, что за одинаковое время испаряется столько же молекул, сколько возвращается в жидкость при конденсации.
§ 12. Парообразование и конденсация. Ненасыщенные и насыщенные пары
