Оглавление
Насыщенный пар (НП) имеет несколько важных параметров, одним из которых является температура. В статье подробно описана эта характеристика, приведены зависимости различных параметров пара от его температуры, рассказывается о расчете.
Определение понятия
Есть два основных вида газообразного состояния жидкости:
- насыщенный,
- ненасыщенный.
Температура и ее измерения
По сути, она представляет меру кинетической энергии молекул, ведь именно от скорости их движения зависит общая t вещества. Но техническая сторона вопроса обычно не учитывает такие тонкости.
Для НП свойственна степень нагретости, величина которой зависит от температуры воды. Это связано с основной его характеристикой – термодинамическим равновесием со своей водой.
Температура НП равна t жидкости. В физике единицей ее измерения принято считать Цельсий. В формулах и описании различных характеристик она обозначается буквой «t» или значком «°C».
Факторы образования
- Химическое свойство вещества. Различные химические элементы имеют отличные параметры нагретости для кипения. Например, водород закипает при -253 градусах, а вода при 100°C.
- Величина атмосферного давления. С увеличением давления повышается t парообразования.
- Плотность. Зависимость прослеживается недолгое время. При низкой плотности, между молекулами пара остается воздушное пространство с разностью температуры. Часть нагретости пара отдается воздуху, что снижает температуру самого пара. При увеличении плотности t стабилизируется.
- Степень насыщения жидкостью. Представляет собой уровень содержания жидких частиц в облаке газа, ведь насыщенный пар на самом деле скорее смесь из газа и жидкости. Его зависимость прослеживается на момент дисбаланса термодинамического равновесия и до появления конденсации.
- Также существует зависимость t пара от внешней температуры. Чем она ниже, тем выше конденсация.
Температура насыщения водяного пара
Нижним порогом считается +1°C в закрытом сосуде, а верхний – при +100°C. Тут прослеживается зависимость от давления.
Величина атмосферного давления в 100 кПа позволяет доводить воду до кипения при 100 °C. Образование насыщенного пара при высокой t зависит от интенсивности подвода тепла к жидкости.
И в том и в другом случае, вода и образованный пар должны находится в закрытом сосуде и в термодинамическом равновесии между собой.
Максимум и минимум t
Например:
- Нижний порог образования насыщенного водяного пара составляет +1 градус в закрытом сосуде. При 0 градусов осуществляется фазовый переход воды из жидкого состояния в твердое – это температура плавления льда. С поверхности льда также может образоваться НП, но уже в температурном равновесии со льдом.
- Верхней температурной точкой является значение 100 градусов в Земном атмосферном давлении. Повышение t приведет к дисбалансу термодинамического равновесия и переходу в состояние перегретого пара.
При измерении верхней и нижней температурной точки образования НП стоит учитывать свойства и химическую структуру самого вещества, а также параметры давления.
Таблица зависимости
Согласно таблице, можно проследить следующие зависимости от температурного параметра:
- рост абсолютного давления пара (ABS);
- снижение его объема (U);
- увеличение плотности (P);
- увеличение энтальпии жидкости (hf) и энтальпии пара (h);
- снижение удельной теплоты парообразования (L).
Исключением является температурный порог сверхкритической воды 374 градуса. При такой температуре прослеживается: равенство энтальпии пара и воды, полное отсутствие удельной теплоты парообразования.
Алгоритм вычисления
Расчет параметра помогает определить множество показателей при проектировании различных паровых систем и оборудования.
Формула и правила расчета
Расчет показателя выполняется по формуле:
T=(P*v)/(V*R)
Выражение состоит из следующих значений:
- «T» — температура НП.
- «P» — давление.
- «V» — общий объем.
- «v» — количество полученного вещества.
- «R» — значение газовой постоянной.
Несколько примеров
Задача:
- Давление 8000 Па.
- Объем НП 5,3 М3.
- Количества вещества 6 моль.
- Газовая постоянная 8,31 кДж.
- Температура НП в Кельвинах (К) неизвестна.
Решение:
T = (P*v)/(V*R) = (8000*5,3)/(6*8,31) = 42400/49,86 = 850 (К)
Температура пара будет равна 850 градусов Кельвина.
Задача:
- Давление 500 кПа.
- Объем НП 9,7 М3.
- Количество вещества 9 моль.
- Газовая постоянная 8,31 кДж.
- Температура неизвестна.
Решение:
T = (P*v)/(V*R) = (500*9,7)/(9*,8,31) = 4885/74,79 = 65 (С)
Температура НП, при данных параметрах 65 градуса Цельсия.
Влияние параметра на разные аспекты
Рассмотрим, какое влияние оказывает t насыщенного пара на различные параметры.
Масса
С повышением t масса НП снижается.
Упругость
При повышении t заметно увеличивается упругость НП.
Давление
С повышением t давление возрастает, так как ускоряется процесс парообразования и скорость движения молекул. Чем выше температура, тем скорость движения выше.
Плотность
Применение знаний на практике
Также эти знания используются при работе с химически вредными жидкостями. Зная t испарения, можно значительно снизить время и затраты при очистке или разделении веществ лабораторным путем.
Заключение
Только такие условия сохраняют пар в насыщенном состоянии. Для использования НП в промышленности, необходимо знать и понимать формулы для расчета его температуры.
Интересное видео по теме:
Частые вопросы
Нет. В большинстве условий для его получения требуются высокие температуры, и он будет обжигать. Но если давление окружающей среды достаточно низкое, чтобы вода кипела при небольших температурах, можно получить насыщенный, но не горячий водяной пар.
Нет. Процесс парообразования в ходе испарения слишком пассивен, чтобы создать насыщенный пар.
Да, но редко. Обычно это происходит в гейзерах и высокотермальных водоносных горизонтах, то есть в зонах вулканической активности, а также в пластовых нефтяных запасах, насыщенных газом.
Обычно водяной пар по своей чистоте близок к дистилляту, потому что при испарении все примеси в жидкости остаются в воде. Но из-за деятельности человека (например, городского смога и химикатов) при конденсации водяной пар может стать загрязнен токсичными веществами.
Первый прототип паровой машины был изобретен Героном Александрийским в в 1 веке нашей эры. Но по-настоящему эффективные паровые машины смогли создать лишь в 19 веке.
