В этой статье подробно описаны различные свойства, присущие пару, а также его разные виды, чем они отличаются друг от друга, и как они связаны с особенностями процесса испарения.

От чего зависят свойства пара

Пар из носика чайника на черном фоне
У пара есть различные характеристики. Их наличие и значения позволяет различать несколько разновидностей пара.Но то, какими эти характеристики будут, зависит от нескольких ключевых параметров:

Окружающая среда
Окружающая среда
Взаимодействие с ней определяет, насколько быстро пар насыщается влагой. В частности, важно, где содержится испаряющаяся жидкость. Если это закрытое пространство, то он достигнет точки насыщения влагой и баланса температуры с жидкостью довольно быстро. После этого начинается процесс конденсации. Такой пар называют «насыщенным». Если же окружающая среда открытая, то насыщения обычно достичь не получается, и пар становится ненасыщенным.
Термометр для измерения температуры воздуха
Температура
Это наиболее важный фактор для парообразования. От него зависит скорость испарения жидкости. Также она определяет содержание влаги в газе. Если пар насыщенный, то в нем содержатся частички воды, но продолжительное их нагревание приводит к выпариванию влаги прочь из газа. В таком случае он называется «перегретым».
Прибор для измерения атмосферного давления
Атмосферное давление
Воздух обладает плотностью и массой, а потому оказывает давление на все, в том числе на поверхность воды. Этот показатель определяет скорость парообразования и температуру кипения жидкости. Чем меньше атмосферное давление, тем легче образовываться пару и тем выше степень насыщения им в воздухе. Это повышает плотность пара. Чем выше давление – тем, соответственно, медленнее парообразование, ниже насыщенность воздуха и плотность пара.

Параметры пара

Рука с крышкой над стаканом, из которого идет пар
Пар представляет собой материю, воду (или иную жидкость) в третьем состоянии.Но в отличие от других газов, он может сохранять свою газообразную форму, находясь в равновесии с тем же веществом в других агрегатных состояниях.

То есть пар не обязательно должен быть очень горячим. Ему не нужно достигать критической точки (температуры кипения) для существования.

Поэтому у пара есть целый ряд особых свойств, которые присущи не всем газам. Их можно разделить на три главных категории – физические, теплофизические и термодинамические.

  1. В физические свойства пара входят все свойства вещества, составляющего газ, без химических реакций.
  2. В теплофизические свойства пара входит способность к выделению и принятию тепла и обменом им с окружающей средой или другими веществами.
  3. В термодинамические свойства входят способности пара к циркуляции энергии при контакте с окружающей средой или другими веществами.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Для наглядности ниже будут представлены таблицы для всех трех категорий параметров пара, чтобы можно было определить их зависимость друг от друга.

Физические

Пар над емкостью с горячей водой
Физические свойства водяного пара являются общими и связующими для термодинамических и теплофизических свойств.Они зависят от температуры и давления:

t p r h s u ƛ P1 cp v
0 0,006 2500 2501 0,0002 9,1 1,6 0,004 1,8 1888
50 0,12 2382 2591 0,7 10,5 2 0,08 1,9 127
100 1 2256 2676 1,07 11,9 2,3 0,5 2,1 20

В таблице представлены основные физические свойства пара:

  • «t» — температура по Цельсию, как основной источник парообразования;
  • «p» — давление пара увеличивается при подводе тепла (Па);
  • «r» — снижается количество теплоты парообразования (кДж/кг);
  • «h» — прослеживается рост энтальпии пара (кДж/кг);
  • «s» — энтропия пара кДж/кг;
  • «u» — увеличивается значение динамической вязкости пара (Па/с);

  • «ƛ» — незначительно, но увеличивается теплопроводность среды (Вт);
  • «p1» — значение плотности пара, также увеличивается при повышении температуры и давления (кг/м3);«
  • cp» — теплоемкость газа увеличивается (кДж);
  • «v» — снижается значение кинетической вязкости (м2/с).

Зависимость от температуры, позволяет менять тип пара, наделяя его наиболее полезными свойствами, для решения определенных задач.

Подвод тепла может менять свойства пара по состоянию насыщения влагой, доводить до конденсации пар при температуре насыщения в закрытых емкостях, перегревать насыщенный пар для дальнейшего использования.

Теплофизические

Пар на темном фоне
К теплофизическим свойствам пара можно отнести его способность делиться теплотой с объектами взаимодействия.Таблица свойств представлена ниже:

t p P1 H1 r cp ƛ a u v pr
0 0,006 0,004 2501 2500 1,8 1,6 1888 9,1 1888 1
10 0,01 0,009 2519 2477 1,86 1,7 1011 9,4 1101 1
20 0,02 0,01 2537 2453 1,87 1,8 563 9,7 563 1
30 0,04 0,03 2555 2430 1,88 1,88 328 9,9 328 1
40 0,07 0,05 2574 2406 1,89 1,9 200 10,2 200 1
50 0,12 0,08 2591 2382 1,9 2,03 128 10,5 127 0,9
60 0,19 0,13 2609 2358 1,92 2,1 84 10,9 83 0,9
70 0,31 0,19 2626 233 1,94 2,2 57 11,2 56 0,9
80 0,4 0,29 2643 2309 1,96 2,3 40 11,6 39 0,9
90 0,7 0,42 2660 2283 1,99 2,4 28 11,9 28 0,9
100 1 0,5 2676 2256 2,1 2,37 18 11,97 20 1,08

В таблице представлены основные теплофизические свойства пара:

  • «t» — температура по Цельсию, как основной источник парообразования;
  • «p» — давление пара увеличивается при подводе тепла (Па);
  • «p1» — значение плотности пара, также увеличивается при повышении температуры и давления (кг/м3);
  • «h1» — прослеживается рост энтальпии пара (кДж/кг);
  • «r» — снижается количество теплоты парообразования (кДж/кг);
  • «cp» — теплоемкость газа увеличивается (кДж);

  • «ƛ» — незначительно, но увеличивается теплопроводность среды (Вт);
  • «a» — температурная проводимость начинает снижаться (м2/с);
  • «u» — увеличивается значение динамической вязкости пара (Па/с);
  • «v» — снижается значение кинетической вязкости (м2/с);
  • «pr» — значение Прандтля меняется в незначительном диапазоне.

Теплофизические свойства пара, как и термодинамические, имеют сильную взаимосвязь с давлением и температурой подводимого тепла.

Термодинамические

Небольшое облако пара
Пар обладает энергией и способностью делиться ей с окружающей средой.Это наглядно представлено в таблице:

t p u1 u2 h1 h2 r s1 s2 s1-s2 T
0 6,108*102 0,001002 206,3 -0,04 2501 2501 0,0002 9,1565 9,1567 273
10 1,2271*103 0,001003 106,4 41,9 2519 2477 0,1 8,9 8,7 289
20 2,3368103 0,0010017 57,8 83,8 2537 2453 0,2 8,6 8,3 293
30 4,241*103 0,0010045 32,9 127 2556 2429 0,4 8,4 8,01 303
40 7,374*103 0,0010078 19,54 167 2574 2406 0,5 8,2 7,6 313
50 1,2335*104 0,0010121 12,08 209 2591 2382 0,7 8,09 7,4 323
60 1,9919*104 0,0010171 7,68 251 2609 2358 0,8 7,9 7,07 333
70 3,1161*104 0,0010228 5,04 292 2626 2333 0,95 7,7 6,8 343
80 4,7359*104 0,0010292 3,41 334 2643 2308 1,7 7,6 6,5 353
90 7,0108*104 0,0010361 2,36 376 2660 2283 1,19 7,4 6,3 363
100 1,0125*105 0,0010437 1,67 419 2676 2257 1,3 7,3 6,04 373
374 2,2084*107 0,02834 0,03147 2039 2150 111 4,337 4,5 0,1 647

В таблице представлены следующие термодинамические свойства пара:

  • «t» — температура по Цельсию.
  • «p» — абсолютное давление Па.
  • «u1» — динамическая вязкость жидкости кПа*с.
  • «u2» — динамическая вязкость пара кПа*с.
  • «h1» — энтальпия жидкости кДж/кг.
  • «h2» — энтальпия пара кДж/кг.

  • «r» — теплота испарения кДж/кг.
  • «s1» — энтропия воды кДж/кг.
  • «s2» — энтропия пара кДж/кг.
  • «s1-s2» — разница между энтропией воды и пара кДж/кг.
  • «T» — абсолютная температура по Кельвину.

Как можно видеть, табличные значения термодинамических свойств пара сильно зависят от повышения температуры и давления газа.

Способности и свойства водяного пара

Водяной пар
Под водяным паром понимается газообразное состояние воды, образующееся при ее нагревании до точки кипения.В это время из H2O начинает выделяться пар, выходящий в атмосферу.

Этот пар обладает некоторыми удивительными свойствами, описанными ниже.

Способность поглощать тепло

Пар над водоемом
Одно из самых необычных свойств пара.В момент, когда жидкость испаряется, и образуется пар, энергия уходит от тела в атмосферу.

Этот процесс также известен как испарение. Он помогает охладить окружающую среду. По этой причине температура воздуха вблизи рек, озер или морей ниже в жарких странах,
где вода испаряется с поверхности этих водоемов быстрее.

Способность задерживать тепло

Пар из разных сосудов
Когда пар поглощает тепло, он может также вернуть его в атмосферу.Это происходит при его конденсации (переходе в жидкую форму).

В это время поглощенная тепловая энергия высвобождается в атмосферу в виде тепла. Данный процесс входит в список факторов, которые влияют на температуру окружающей среды.

Способность удерживать воду в атмосфере

Конденсат, образующийся при контакте пара с холодным стеклом
Когда вода испаряется, образуя пар, последний может долго оставаться в атмосфере.Его перемещение осуществляется за счет ветров.

В момент, когда пар достигает холодных областей атмосферы, он конденсируется, снова переходя в жидкое состояние. Это происходит в виде атмосферных осадков. При этом способствует тому, что вода удерживается в атмосфере.

Разница для насыщенного, ненасыщенного и перегретого

Пар над кастрюлей
В промышленности и производстве используется 3 основных типа водяного пара.Каждый из них имеет свой набор отличительных свойств:

  • насыщенный пар;

  • ненасыщенный пар;

  • перегретый пар.

Каждый из этих типов подробнее описан ниже.

Насыщенный пар

Пар из красной кастрюли на огне
Получается, если испаряемое вещество находится в закрытом пространстве, или же испаряется очень быстро.Это позволяет молекулам воды отрываться от основной массы жидкости и оставаться в облаке пара во взвешенном состоянии.

Его отличительное свойство – поддержание термодинамического равновесия с исходным веществом, но это делает его очень чувствительным к температуре теплового подвода и давлению окружающего воздуха.

При этом давление не определяет, насколько плотный сам пар, ведь он очень «влажный» из-за все содержащейся в нем жидкости. Он обращается обратно в воду, если влажность парового облака достигает 100%.

Он может содержать в себе намного больший объем тепловой энергии, увеличивая за счет влаги свою теплоемкость, но чтобы получился такой пар нужно также очень много тепла.

Ненасыщенный пар

Пар, рассеивающийся вокруг емкости
Второй вид пара, как можно догадаться по названию, высокими уровнями насыщения влагой не отличается.Чаще всего его можно получить на открытых поверхностях жидкости с большой площадью испарения.

Он не так чувствителен к температуре, а потому давление пара от нее почти не зависит. В нем содержится совсем немного молекул воды.

Чтобы такой пар перешел в насыщенную форму, нужно сочетание сразу нескольких факторов. Нужно увеличить поступление тепловой энергии, повысить давление воздуха и создать закрытую емкость, не давая пару улетучиваться.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Ненасыщенный пар – основа природного круговорота воды. Именно в таком виде испаряются моря, озера и реки, чтобы затем превратиться в облака.

Перегретый пар

Пар над льдом
Третий вид пара отличается своей высокой температурой.Главное отличие от других видов – высокая температура испарения.

Это позволяет ему быть заметно горячее, чем испаряемая жидкость, даже если довести ее до кипения. Из-за этого давление в этом пару намного ниже, хотя плотность и выше. Все дело в том, что благодаря подводу большого количества тепла вся жидкость, содержащаяся в паровом облаке, выпаривается. При этом она отдает свою энергию окружающим частицам, повышая их скорость движения и, соответственно, температуру.

Независимо от типа, у пара могут быть любые объем и форма. Остальные параметры, такие, как структура, уровень влажности и так далее, могут регулироваться благодаря нагреванию или охлаждению. Есть и другие способы управления свойствами пара, например, повышение или понижение давления воздуха в специальных камерах.

Практическое применение знаний

Густой белый пар
Пар это не только результат работы человека, например, кипячения воды.Это еще и важный инструмент.

В промышленности, производстве и даже в повседневной жизни у пара и его подвидов есть множество применений. Вот лишь некоторые из них.

В промышленности

Применение пара в промышленности
Здесь пар применяется достаточно широко.Его используют для разных целей.

Подробнее о роли пара в некоторых промышленных областях рассказано в таблице.

Промышленная область Применение пара
Энергетика С целью производства электроэнергии в паровых турбинах. Кроме этого, его применяют с целью нагрева воды, либо производства пара высокого давления на тепловых электростанциях
Пищевая промышленность Для пастеризации, стерилизации и обработки пищевых продуктов. Применяется и для производства паровых кондитерских изделий, теста и печенья
Химическая промышленность При проведении различных реакций, очистки и сушки реагентов и химических продуктов
Строительство Обогрев стройплощадок, вяление бетона и снятие окраски
Машиностроение Преобразование энергии в движение в паровых двигателях и турбинах

Также пар широко используют в фармацевтической, текстильной и иных отраслях промышленности.

В быту

Пар от утюга
Бытовое применение пара достаточно разнообразно.Самая распространенная ситуация - глажка одежды.

При помощи паровых утюгов можно избавиться от складок и смятости вещей. Они также позволяют освежить одежду, не прибегая к химическим средствам.

В быту пар применяется и для пароочистки. Специальные пароочистители позволяют эффективно и без усилий очистить многие поверхности:

  • кафель;

  • плиты;

  • духовки и т.д.

Такой способ очистки считается глубоким и безопасным.

Пароувлажнители нередко используют, чтобы:

  1. Улучшить качество воздуха.
  2. Поддержать влажность на оптимальном уровне.
  3. Создать в помещении атмосферу релаксации.

Эти приборы особенно полезны зимой, когда работающие батареи или другое отопительное оборудование сушит воздух.

Кроме этого, в быту пар часто используют для приготовления пищи. Приготовленные в пароварке блюда сохраняют большую часть питательных веществ. К преимуществам этих приборов относится и возможность готовить одновременно несколько блюд.

Паровые сауны и бани

Паровая сауна
Они несут много положительных эффектов на организм.Их список включает:

  • возможность расслабиться и избавиться от мышечного напряжения;
  • улучшение состояния суставов и кровообращения;

  • повышение качества сна;
  • укрепление иммунитета;
  • оздоровление и очищение кожи.

Паровые бани и сауны выделены в отдельную категорию, потому что их используют как в быту, так и в промышленной сфере. Например, в текстильной промышленности с их помощью тканям придают определенную форму, увеличивают прочность и т.д.

Заключение

Пар из специального прибора
Как оказывается, пар – это не просто вода в воздухе!У него есть множество свойств, делающих каждый тип пара очень различным от остальных.

И это же делает его таким полезным для человека. Ведь пар незаменим в качестве источника тепла и проводника энергии благодаря своим особенностям. Его способность изменять свою форму, объем, структуру и насыщение очень полезна, ведь позволяет адаптировать пар под разные цели, сильно снижая затраты на сырье.

Интересное видео по теме:

Частые вопросы

Всегда ли пар обжигает?

Нет. Пар может обжечь, если он был получен в результате кипячения. Но так как испарение происходит и при более низких температурах, получающийся пар не обжигает.

Может ли пар навредить здоровью?

Только очень горячий пар или испарения токсичных веществ могут навредить здоровью.

Пар получается только из жидкости?

Нет. Помимо кипения и испарения, пар получается с помощью десублимации. Это процесс превращения твердого вещества в газ в обход жидкого состояния.

Где пар встречается в природе?

Помимо круговорота воды, как результат испарения с поверхностей морей, озер и рек, он существует в виде гейзеров.

Когда люди начали использовать пар?

Первый прототип паровой турбины был создан в I-м веке Героном Александрийским, но был скорее игрушкой. Настоящие паровые машины стали появляться лишь в 17-м веке.