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

Для води при кімнатній температурі молекул за 1 с на 1 см² площі поверхні покидають цю поверхню.

Тиск насиченої пари. Що відбуватиметься з насиченою парою, якщо зменшувати об'єм, який вона займає, наприклад, стискати пару, що перебуває в рівновазі з рідиною в циліндрі під поршнем, підтримуючи температуру всередині циліндра сталою? Під час стискання пари рівновага порушується. Густина пари в перший момент трохи збільшується і з газу в рідину починає переходити більша кількість молекул, ніж з рідини в газ. Адже кількість молекул, що залишають рідину за одиницю часу, залежить лише від температури, і стискання пари не змінює цієї кількості. Процес триває доти, поки знову не встановиться динамічна рівновага. Отже, концентрація молекул насиченої пари при сталій температурі не залежить від її об'єму оскільки тиск пропорційний концентрації молекул (р=nkТ). Тиск пари р0, за якого рідина перебуває в рівновазі із своєю парою, називають тиском насиченої пари. Коли стискувати насичену пару, дедалі більша її частина переходить у рідкий стан.

Ненасичена пара. Ми багато разів користувалися словами газ і пара. Принципової відмінності між газом і парою немає, і ці слова, взагалі, рівноправні. Але якщо при незмінній температурі газ простим стискуванням можна перетворити в рідину, то ми називаємо його парою, точніше, ненасиченою парою. Як тільки розпочинається перетворення пари в рідину, то пара, що перебуває в рівновазі з рідиною, стає насиченою.

Тиск насиченої пари:

Залежність тиску насиченої пари від температури. Стан насиченої пари наближено описується рівнянням стану ідеального газу, а його тиск наближено визначається формулою: p =nkT. З підвищенням температури тиск зростає, оскільки тиск насиченої пари не залежить від об'єму, а залежить тільки від температури. В основному збільшення тиску з підвищенням температури зумовлюється саме збільшенням концентрації. Основна відмінність у поведінці ідеального газу і насиченої пари полягає в тому, що із зміною температури пари в закритій посудині (або із зміною об'єму при сталій температурі) змінюється маса пари. Рідина частково перетворюється в пару або, навпаки, пара частково конденсується.

Коли вся рідина випарується, пара при дальшому нагріванні стане ненасиченою і її тиск при сталому об’ємі зростатиме прямо пропорційно абсолютній температурі.

Кипіння. З підвищенням температури рідини інтенсивність випаровування збільшується. Нарешті, рідина починає кипіти. Під час кипіння в усьому об'ємі рідини утворюються бульбашки пари, які швидко збільшуються і спливають на поверхню. Температура кипіння рідини залишається сталою. Це відбувається тому, що вся енергія, яка підводиться до рідини, витрачається на перетворення її в пару. З'ясуємо умови, при яких починається кипіння. У рідині завжди є розчинені гази, які виділяються на дні і стінках посудини, а також на завислих у рідині порошинках. Під дією виштовхувальної сили вони спливають угору. Якщо верхні шари рідини мають нижчу температуру, то в цих шарах відбувається конденсація пари в бульбашках. Це відбувається так швидко, що під час стикання стінок бульбашки чути ніби маленький вибух. Велика кількість таких мікровибухів створює характерний шум. Коли рідина достатньо прогріється, бульбашки перестають захлопуватися і спливають на поверхню і рідина закипає. Кипіння починається при температурі, при якій тиск насиченої пари в бульбашках зрівнюється з тиском у рідині. Чим більший зовнішній тиск, тим вища температура кипіння. Так, якщо в паровому котлі тиск досягає , то вода не кипить і при температурі 200 °С. Якщо відкачати насосом повітря і пару води з колби, воду можна змусити кипіти при кімнатній температурі. Під час піднімання в гори атмосферний тиск зменшується, тому знижується температура кипіння. На висоті 7134м температура кипіння води там становить приблизно 70 °С. Зварити м'ясо в цих умовах неможливо.

Критична температура. При підвищенні температури рідини одночасно із збільшенням тиску насиченої пари збільшується і її густина. Густина рідини, що перебуває в рівновазі із своєю парою, навпаки, зменшується внаслідок розширення рідини під час нагрівання. Якщо на одному малюнку накреслити криві залежності густини рідини і її пари від температури, то для рідини крива піде вниз, а для пари – вгору.

При деякій температурі, яку називають критичною, обидві криві збігаються, тобто густина рідини дорівнює густині пари. Критичною називається температура, при якій зникає відмінність фізичних властивостей рідини і насиченої пари. Уявлення про критичну температуру дав Д. І. Менделєєв.

Наприклад: для води , для гелію

При критичній температурі густина і тиск насиченої пари стають максимальними, а густина рідини, що перебуває в рівновазі з парою – мінімальною. Особливе значення критичної температури полягає в тому, що при температурах, вищих за критичну, газ не можна перетворити в рідину ні при яких тисках. Газ, що має температуру нижчу за критичну, являє собою ненасичену пару.

Температура, при якій ненасичена пара стає насиченою називають точкою роси.

Це цікаво.

Агрегатними станами речовини називають стан (фазу) однієї і тієї ж речовини в різних інтервалах температур і тиску. Зазвичай виділяють газоподібний, рідкий і твердий агрегатні стани речовин. Але із збільшенням температури газів при фіксованому тиску вони перетворюються на іонізовану плазму, яку також прийнято вважати агрегатним станом (тобто, плазма четвертий агрегатний стан).

У 1995 році американські фізики Ерік Корнелл і Карл Уайман та німецький фізик Вольфганг Кеттерле отримали п’ятий агрегатний стан речовини — Бозе-Ейнштейнівський конденсат. У 2004 році міжнародною групою фізиків було відкрито шостий агрегатний стан речовини — ферміонний конденсат.

ІV. Підсумок уроку.

Домашнє завдання: вивчити конспект. §13,14, 16 (С. У. Гончаренко)