Насыщенный пар

Слайд 1. Насыщенный пар

Физика, 10 класс. Свойства, динамическое равновесие и практическое применение

Слайд 2. Испарение и молекулы

Жидкость состоит из молекул, которые находятся в постоянном хаотическом движении. Испарение — это процесс, при котором самые быстрые молекулы преодолевают силы притяжения своих соседей и вылетают за пределы поверхности жидкости.

Этот процесс идет при любой температуре, но чем выше температура, тем больше «быстрых» молекул.

Слайд 3. Открытый vs Закрытый сосуд

Молекулы улетают и уносятся потоками воздуха. Жидкость постепенно испаряется полностью. Масса системы уменьшается.

Молекулы не могут покинуть сосуд. Они сталкиваются с крышкой и возвращаются обратно. Устанавливается равновесие.

Слайд 4. Динамическое равновесие

Когда число молекул, покидающих жидкость в единицу времени, становится равным числу молекул, возвращающихся в неё, наступает состояние динамического равновесия.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.

Слайд 5. Свойства насыщенного пара

Давление насыщенного пара не зависит от его объёма (при $T=const$).

Давление зависит только от рода жидкости и температуры.

Плотность насыщенного пара — максимальная плотность пара при данной температуре.

При сжатии насыщенный пар просто превращается в жидкость, не меняя давления.

Слайд 6. Давление пара и температура

График зависимости $P(T)$ для воды. Обратите внимание: давление растет быстрее, чем у идеального газа, так как при нагревании растет не только скорость молекул, но и их концентрация (пар становится плотнее).

Слайд 7. Независимость от объёма

Если мы начнем медленно опускать поршень в сосуде с паром и жидкостью, давление манометра не шелохнется.

Лишние молекулы пара просто «уйдут» в жидкую фазу. Это ключевое отличие насыщенного пара от идеального газа, где давление выросло бы по закону Бойля-Мариотта.

Слайд 8. Идеальный газ vs Насыщенный пар

Слайд 9. Кипение и точка росы

Слайд 10. Когда пар становится насыщенным?

Ненасыщенный пар можно перевести в насыщенный двумя путями: либо сжать его при постоянной температуре, либо охладить.

Температура, при которой пар в воздухе становится насыщенным, называется точкой росы. При этой температуре начинается конденсация: выпадает роса или образуется туман.

Слайд 11. Практические примеры

Образование облаков происходит при подъеме воздуха и его охлаждении до точки росы.

Запотевание очков, когда вы заходите с мороза в теплое влажное помещение.

Кипение воды происходит, когда давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с внешним.

Работа паровых турбин основана на свойствах расширяющегося перегретого пара.

Слайд 12. Влажность воздуха

Относительная влажность $\phi$ показывает, насколько пар близок к насыщению.

Формула: $\phi =\frac{P}{P_{\text{нас}}}\cdot 100\%$.

Если $\phi =100\%$, пар является насыщенным.

При низкой влажности человек чувствует сухость кожи, при высокой — духоту.

Слайд 13. Вопросы для обсуждения

Почему в сухом воздухе жара переносится легче, чем во влажном?

В каком случае давление насыщенного пара в закрытом сосуде может уменьшиться?

Почему перед дождем ласточки летают низко (как это связано с влажностью и насекомыми)?

Может ли существовать насыщенный пар при температуре $105^{\circ }$C?

Слайд 14. Подведем итоги

Насыщенный пар находится в динамическом равновесии со своей жидкостью.

Давление насыщенного пара зависит только от температуры и рода вещества.

Главное отличие от идеального газа — независимость давления от объёма при постоянной температуре.

Точка росы — это температура, при которой пар в воздухе становится насыщенным и начинает конденсироваться.

Кипение — это процесс парообразования по всему объему жидкости при равенстве давления пара и внешнего давления.