24.03 

Фізика, 10 клас

Тема.  Властивості насиченої та ненасиченої пари

Опрацювати § 31

Переглянути відео  https://youtu.be/s5Fd-UjYEVI - Властивості насиченої та ненасиченої пари

                                https://www.youtube.com/watch?v=pzP9A0GcsUg&t=1806s - Пароутворення і конденсація. Властивості насиченої та ненасиченої пари

Конспект уроку

1. Пароутворення. Випаровування

Процес перетворення рідини на пару називають пароутворенням. Якщо пароутворення відбувається з вільної поверхні рідини, його називають випаровуванням. Випаровування відбувається за будь-якої температури: наприклад, вода поступово «вивітрюється» з будь-якої відкритої посудини.

2. Кипіння

Кипіння, як і випаровування, — це пароутворення. Випаровування відбувається з поверхні рідини за будь-якої температури і з будь-яким зовнішнім тиском; а кипіння — це пароутворення в усьому об’ємі рідини за характерної для кожної речовини температури, яка залежить від зовнішнього тиску.

Кипіння — це інтенсивний перехід рідини в пару, який відбувається під час утворення пухирців пари у всьому об’ємі рідини за певної температури.

У рідині завжди є розчинене, або поглинуте рідиною, повітря. Під час нагрівання рідини це повітря розширюється, збираючись у бульбашки, які спочатку виникають на стінках чи дні посудини. У бульбашках міститься насичена пара, тиск якої за певної температури є максимальним і зростає з її підвищенням. Стінки бульбашок розтягуються, доки під дією виштовхувальної сили, що збільшується разом зі зростанням об’єму, бульбашки не відриваються від дна чи стінок і не піднімаються вгору. Потрапивши у верхні шари рідини, де тиск стовпа рідини на бульбашки менший, ніж внизу, останні будуть ще збільшуватися в об’ємі. Під дією виштовхувальної сили бульбашки досягають поверхні, де атмосферний тиск повітря значно менший за тиск пари в бульбашках, тому вони почнуть лопатись. Але якщо рідина ще не нагрілася до кипіння, то в бульбашку, що лопається, проникає холодне атмосферне повітря, в ній конденсується насичена пара, і бульбашка різко закривається. Він припиняється в момент початку кипіння рідини. Досягнувши температури кипіння рідини, тиск насиченої пари в бульбашках настільки збільшується, що коли вони лопаються через великий тиск гарячої пари, холодна не встигає проникати всередину них і пара йде в атмосферу. Це і є процес кипіння.

Кожна рідина кипить за певної температури, яку називають температурою кипіння. Величину температури кипіння кожної рідини наведено у фізичних довідниках.

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

3. Насичена і ненасичена пара

Якщо процес випаровування відбувається в закритій посудині, то за деякий час кількість рідини в посудині припинить зменшуватися, хоча швидкі молекули продовжуватимуть переходити в пару. Це відбувається тому, що одночасно з випаровуванням в посудині відбувається конденсація.

Якщо рівень рідини не змінюється, це означає, що обидва процеси йдуть з однаковою швидкістю, тобто за кожну секунду рідина покидає в середньому стільки ж молекул, скільки їх переходить з пари в рідину. У цьому випадку говорять, що рідина і пара перебувають у динамічній рівновазі.

Пару, що перебуває в динамічній рівновазі зі своєю рідиною, називають насиченою парою.

Саме така пара міститься над поверхнею рідини в закритій посудині. якщо процес випаровування йде швидше за процес конденсації, говорять, що над рідиною перебуває ненасичена пара. якщо повітря з посудини, у якій міститься рідина, попередньо відкачано, то над поверхнею рідини буде тільки насичена пара.

Тиск, густина і концентрація насиченої пари є максимальними за певної температури і не залежать від об’єму. У разі спроби зменшити об’єм насиченої пари «зайві» молекули перейдуть в рідину, тобто частина пари сконденсується, а тиск, густина і концентрація решти насиченої пари не змінюються.

Відповідно, закони ідеального газу до насиченої пари застосовувати не можна.

Змінити тиск насиченої пари можна, змінивши її температуру. Під час нагрівання збільшується кінетична енергія молекул пари, підсилюються удари об стінки посудини, що призводить до збільшення тиску. При цьому порушується динамічна рівновага між рідиною й парою, бо кількість молекул, які покидають рідину, перевищуватиме кількість молекул, які в неї повертаються.

Відповідно, нагріваючись, насичена пара стає ненасиченою, і навпаки, охолоджуючись, ненасичена пара стає насиченою.

Температуру, за якої ненасичена водяна пара стає насиченою, називають точкою роси.

Залежність тиску від температури насиченої пари не підлягає закону Шарля.

Бо в результаті нагрівання ідеального газу за сталого об’єму зростає не лише  його молекул, а й кількість цих молекул (зростає маса пари). Тому тиск насиченої пари з підвищенням температури зростає швидше, ніж тиск ідеального газу.

Властивості насиченої пари

□ Насичена пара має максимально можливі густину та тиск за даної температури.

□ Густина та тиск насиченої пари залежать від температури.

□ Тиск та густина пари зростають при збільшенні температури.

□ Тиск насиченої пари та густина не залежать від об’єму. Важливо! До насиченої пари газові закони застосовувати НЕ МОЖНА!!!

ДЗ Опрацювати § 31 та конспект уроку.

Також на платформі Всеукраїнська школа онлайн (https://lms.e-school.net.ua) опрацювати урок 1, Розділ 3 (продовження). Молекулярна фізика та термодинаміка. Частина 1. Молекулярна фізика