"Окружающий мир", Ивченкова Г.Г., Потапов И.В. и др.
Водяной пар — вода в газообразном состоянии. Он образуется, когда молекулы покидают поверхность жидкости, и может снова превратиться в капли при охлаждении. Эти переходы происходят не только при кипении: вода испаряется и при обычной температуре, а пар конденсируется на холодных поверхностях. Знание свойств пара помогает объяснить появление росы, облаков и капель на стакане, а также понять круговорот воды в природе.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Водяной пар — вода в газообразном состоянии. В жидкой воде молекулы расположены близко друг к другу, а в газе они находятся на больших расстояниях и свободно движутся. Поэтому газ распространяется вокруг, а сам водяной пар обычно не виден: мы не различаем отдельные молекулы.
Испарение — переход воды из жидкого состояния в газообразное, происходящий с поверхности жидкости. Некоторые молекулы движутся достаточно быстро, чтобы покинуть воду и оказаться в воздухе. Это понятие помогает понять, почему лужи высыхают и почему вода исчезает из открытого сосуда даже без кипения.
Конденсация — переход водяного пара в жидкость при охлаждении. Остывая, молекулы движутся медленнее и могут собираться в капли. Так объясняется появление росы и влаги на холодном стекле: пар из воздуха становится жидкой водой.
Насыщенный пар — пар, который при данной температуре находится в равновесии с жидкостью. Это не значит, что движения прекратились: молекулы продолжают испаряться и конденсироваться. При равновесии за одинаковое время в пар переходит столько же молекул, сколько возвращается в жидкость.
Молекулы воды постоянно движутся и сталкиваются друг с другом. У поверхности некоторые молекулы получают достаточно энергии, чтобы преодолеть притяжение соседних молекул и покинуть жидкость. Так появляется водяной пар, причём для этого не нужно доводить воду до кипения. Чем выше температура, тем больше быстрых молекул, способных оторваться от поверхности.
После выхода из воды молекулы пара продолжают двигаться во всех направлениях. Они перемешиваются с воздухом и постепенно распространяются по доступному пространству. Газ не сохраняет собственную форму, как кусок твёрдого вещества, потому что его частицы свободно перемещаются. Поэтому водяной пар может заполнить часть комнаты или объём закрытого сосуда.
Если пар соприкасается с холодной поверхностью, молекулы теряют часть энергии и движутся медленнее. Тогда притяжение между ними легче удерживает их рядом, и они собираются в жидкие капли. На холодном стекле капли возникают именно из водяного пара, уже находившегося в воздухе. Стекло охлаждает воздух у своей поверхности, и часть пара конденсируется.
Количество водяного пара, которое может находиться в воздухе до насыщения, зависит от температуры. При нагревании молекулы движутся быстрее, и до достижения насыщения в воздухе может оказаться больше пара. Если воздух охлаждается, равновесное количество пара становится меньше, поэтому избыток может перейти в капли. Этим объясняется связь температуры воздуха с образованием росы и облаков.
У чайника видна белая струя, но собственно водяной пар невидим. Вблизи горячей воды пар смешивается с более холодным воздухом и охлаждается. Часть молекул конденсируется, образуя множество крошечных капель, которые рассеивают свет и выглядят белыми. Поэтому видимое облачко — не газ, а взвесь жидкой воды в воздухе.
| Процесс | Направление перехода | Условия и где наблюдается |
|---|---|---|
| Испарение | Жидкость → газ | Идёт с поверхности воды, в том числе ниже температуры кипения; ускоряется при нагревании. |
| Конденсация | Газ → жидкость | Пар охлаждается; капли появляются, например, на холодном стекле. |
| Изменение скорости испарения при нагревании | Переход жидкости в газ ускоряется | При более высокой температуре больше молекул может покинуть поверхность за то же время. |
| Признак появления капель при охлаждении пара | Газ → жидкие капли | На поверхности или в воздухе становится видна влага; это признак конденсации. |
Сначала определите, из какого состояния в какое переходит вода: так можно отличить испарение от конденсации. Затем свяжите процесс с условием — нагреванием или охлаждением. Последний столбец помогает найти знакомый пример и проверить, верно ли вы назвали переход.
Задача 1. На холодном стакане с водой появились капли снаружи. Объясните, откуда они взялись. Нужно выяснить, могли ли капли пройти сквозь стенки, или вода появилась из окружающего воздуха. Холодная поверхность подсказывает, что следует проверить возможность охлаждения пара.
Ответ: капли образовались из водяного пара воздуха при охлаждении, а не просочились сквозь стенки стакана.
Задача 2. Два одинаковых блюдца с водой поставили в тёплое и прохладное места. В каком вода испарится быстрее и почему? Блюдца одинаковы, поэтому сравниваем прежде всего температуру, а не форму или площадь поверхности. Нужно связать температуру с движением молекул воды.
Ответ: вода быстрее испарится в тёплом месте, потому что нагревание усиливает испарение.
Задача 3. В закрытом сосуде над водой установилось состояние насыщения. Что произойдёт с равновесием испарения и конденсации, если сосуд охладить? Сначала вспомним: при насыщении оба процесса продолжаются с одинаковой скоростью. Затем учтём, что при более низкой температуре равновесному состоянию соответствует меньшее количество пара.
Ответ: сначала конденсация усилится, затем установится новое равновесие с меньшим количеством пара над водой.
Иногда белое облачко над чайником называют водяным паром. Так думают, потому что оно появляется рядом с горячей водой и выглядит как дым. Но собственно пар невидим, а белый цвет дают капли воды, образовавшиеся при охлаждении. Проверьте себя: если облачко видно, значит, в нём есть частицы, которые рассеивают свет.
Другая ошибка — считать, что вода испаряется только при кипении. Это заблуждение возникает потому, что при кипении испарение особенно заметно. На самом деле отдельные молекулы покидают поверхность и при более низкой температуре. Для проверки вспомните лужу: она постепенно высыхает, хотя не кипит.
Испарение и конденсацию иногда путают, потому что оба процесса связаны с водой и паром. Но направления у них противоположные: при испарении жидкость становится газом, а при конденсации газ превращается в жидкость. Проверяйте, откуда начинается переход и чем он заканчивается. Если пар охлаждается и появляются капли, это конденсация.
Капли снаружи холодного стакана можно ошибочно принять за воду, просочившуюся сквозь стенку. Такая мысль кажется правдоподобной, потому что внутри сосуда действительно находится вода. Однако капли появляются и на холодных предметах без воды внутри: их даёт пар воздуха, охлаждающийся у поверхности. Чтобы проверить себя, сравните внешний вид капель с ситуацией, когда холодный предмет оставляют в тёплом воздухе.
Для понимания свойств пара нужны знания о трёх состояниях вещества и о движении частиц. Испарение и конденсация помогают объяснить круговорот воды: вода испаряется с поверхности водоёмов, а в атмосфере пар охлаждается и участвует в образовании облаков. Эти процессы связаны также с влажностью воздуха и погодой. Поэтому свойства пара пригодятся при изучении облаков, осадков и изменений погоды.
Почему водяной пар невидим, а над чайником видно белое облачко?
Водяной пар — газ, его отдельные молекулы не образуют видимого облака. Белое облачко над чайником состоит главным образом из мельчайших капелек воды, появившихся при охлаждении пара.
Испаряется ли вода, если она не кипит?
Да, испарение происходит с поверхности воды и при температуре ниже кипения. При нагревании молекулы движутся быстрее, поэтому вода обычно испаряется интенсивнее.
Откуда берутся капли на холодном стекле?
В воздухе есть водяной пар. При соприкосновении с холодным стеклом он охлаждается и превращается в жидкие капли — это конденсация.
Чем испарение отличается от конденсации?
При испарении вода переходит из жидкого состояния в газообразное. При конденсации водяной пар, наоборот, превращается в жидкость.
Почему при нагревании вода обычно испаряется быстрее?
При нагревании молекулы воды движутся быстрее. Поэтому больше молекул за то же время может покинуть поверхность жидкости и перейти в газообразное состояние.
Свойство пара
