Насыщенный и ненасыщенный пар
При естественных условиях пар считают газом. Он может быть насыщенным и ненасыщенным, что зависит от его плотности, температуры и давления.
Пар, находящийся в динамическом равновесии с собственной жидкостью, является насыщенным.
Динамическое равновесие между жидкостью и паром возникает тогда, когда количество молекул, вылетающих из свободной поверхности жидкости, равно количеству молекул, возвращающихся в нее.
В открытом сосуде нарушается динамическое равновесие, и пар становится ненасыщенным, поскольку определенное количество молекул испаряется в атмосферу и не возвращается в жидкость.
Насыщенный пар образуется в закрытом сосуде над свободной поверхностью жидкости.
Насыщенный и ненасыщенный пар имеют разные свойства. Исследуем их.
Концентрация молекул насыщенного пара не зависит от его объема.
Пусть ненасыщенный пар при температуре T находится в цилиндре с поршнем (рис. 3.2).
Начнем медленно его сжимать, чтобы обеспечить изотермический процесс (участок AB). Сначала, если пар значительно разреженный, зависимость давления от объема будет соответствовать закону Бойля-Мариотта для идеального газа: pV = const.
Тем не менее с уменьшением объема ненасыщенного пара (увеличением его плотности) начинает наблюдаться отклонение от него. Дальнейшее изотермическое сжатие пара ведет к тому, что он начинает конденсироваться (точка В), в цилиндре образуются капельки жидкости и пар становится насыщенным.
Его плотность, а следовательно и концентрация молекул, приобретает максимальное значение для данной температуры. Они не зависят от объема, который занимает насыщенный пар, и определяются его давлением и температурой.
При сжатии насыщенного пара (участок BC) его давление не будет изменяться (p = const). Это объясняется тем, что с уменьшением объема насыщенный пар конденсируется, образовывая жидкость.
Ее доля в объеме цилиндра все время увеличивается, а объем, который занимает насыщенный пар, уменьшается. Это происходит до тех пор, пока весь насыщенный пар не перейдет в жидкое состояние (точка C).
Дальнейшее уменьшение объема вызывает стремительное возрастание давления (участок DC), поскольку жидкости почти не сжимаются.
Итак, при изотермическом сжатии ненасыщенного пара сначала (при незначительной плотности) он проявляет свойства идеального газа. Когда же пар становится насыщенным, его свойства подчиняются другим закономерностям.
В частности, при невысоких температурах его состояние приблизительно описывается уравнением p = nkT, когда концентрация молекул не зависит от объема, занимаемого газом. График зависимости давления p от объема V, изображенный на рис.
3.2, называется изотермой реальных газов.
Изотермы реального газа характеризуют его равновесное состояние с жидкостью. Их совместимость позволяет определить зависимость давления насыщенного пара от температуры.
