HÌNH THỨC HƠI NƯỚC.

HƠI BÃO HÒA VÀ KHÔNG BÃO HÒA.

1. Sự bay hơi.

Lực hấp dẫn tác dụng giữa các phân tử của một chất ở trạng thái lỏng hoặc rắn. Chúng khá lớn đối với một chất rắn. Điều này dẫn đến thực tế là các phân tử của chất rắn không hoạt động; chúng chỉ có thể dao động xung quanh vị trí cân bằng. Trong chất lỏng, các phân tử không bị hút vào nhau quá mạnh; chúng có thể di chuyển những khoảng cách ngắn và nhảy đến các vị trí cân bằng liền kề. Tuy nhiên, do sự trao đổi năng lượng trong quá trình va chạm của các phân tử hoặc do cung cấp năng lượng từ bên ngoài, bất kỳ phân tử riêng lẻ nào cũng có thể nhận được một lượng động năng như vậy cho phép nó thắng được lực hấp dẫn của các phân tử lân cận. và rời khỏi bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn. Một số phân tử này, sau khi mất năng lượng, sẽ quay trở lại dạng lỏng hoặc rắn, nhưng những phân tử giàu năng lượng nhất, có thể di chuyển đến khoảng cách khoảng 10 -9 m, nơi mà lực hấp dẫn thực tế không còn tác dụng nữa, sẽ trở thành miễn phí.

Sự chuyển một chất từ ​​trạng thái rắn hoặc lỏng sang trạng thái khí gọi là sự bay hơi và tập hợp các phân tử của một chất rời khỏi bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn được gọi là phà của chất này.

Thông thường, sự hóa hơi đề cập đến sự chuyển đổi của một chất sang trạng thái khí từ chất lỏng. Sự bay hơi xảy ra ở trạng thái rắn gọi là sự thăng hoa hoặc sự thăng hoa.

Sự bay hơi từ trạng thái lỏng được chia thành bay hơi Và sôi.

2. Sự bay hơi và cường độ của nó.

Bay hơi là sự bay hơi chỉ xảy ra ở bất kỳ nhiệt độ nào từ bề mặt tự do của chất lỏng vào không khí hoặc chân không, kèm theo sự giảm nhiệt độ của chất lỏng.

Cơ chế bay hơi và làm mát chất lỏng có thể được giải thích theo quan điểm của MCT.

Như đã đề cập ở trên, chỉ những phân tử đó rời khỏi bề mặt chất lỏng có động năng vượt quá giá trị công cần thiết để thắng lực hút phân tử từ các phân tử lân cận và giải phóng phân tử từ bề mặt chất lỏng vào không khí. Công việc này được gọi là chức năng làm việc. Kết quả là động năng trung bình của các phân tử còn lại giảm và do đó nhiệt độ của chất lỏng giảm.

Cường độ bay hơi phụ thuộc vào một số yếu tố:

về nhiệt độ của chất lỏng;

trên diện tích bề mặt tự do;

về tốc độ loại bỏ hơi khỏi bề mặt chất lỏng;

từ áp lực bên ngoài;

tùy thuộc vào loại chất lỏng.

Nhiệt độ càng cao, diện tích bề mặt tự do càng lớn, tốc độ thoát hơi khỏi bề mặt chất lỏng càng lớn, áp suất bên ngoài càng thấp thì quá trình bay hơi càng mạnh.

Quá trình chuyển một chất từ ​​trạng thái khí sang trạng thái lỏng hoặc rắn gọi là sự ngưng tụ.

3. Cặp bão hòa và không bão hòa.

Hãy xem xét hai bình chứa chất lỏng - một bình mở, bình kia đóng có nắp. Trong cả hai bình, xảy ra cả sự bay hơi của chất lỏng và sự ngưng tụ hơi nước.

Tuy nhiên, trong trường hợp đầu tiên, sự bay hơi chiếm ưu thế so với sự ngưng tụ, vì các phân tử chất lỏng có cơ hội rời khỏi thùng chứa và chúng sẽ không quay trở lại chất lỏng, và thay vào đó là các phân tử khác nổi lên từ bề mặt chất lỏng vào không khí. . Số lượng phân tử N 1 rời khỏi bề mặt trong 1 giây nhiều hơn số lượng phân tử N 2 quay trở lại. Nếu quá trình bay hơi chiếm ưu thế so với quá trình ngưng tụ thì hơi nước thu được gọi là chưa bão hòa.

Trong một bình kín, ban đầu số lượng phân tử N 1 rời khỏi bề mặt trong 1 s lớn hơn số lượng phân tử N 2 quay trở lại. Do đó, mật độ hơi trên bề mặt chất lỏng cũng như áp suất của nó tăng lên. Nhưng khi mật độ và áp suất tăng lên, số lượng phân tử quay trở lại chất lỏng trong vòng 1 giây cũng tăng lên. Sau một thời gian, tốc độ bay hơi và ngưng tụ trở nên bằng nhau, tức là số phân tử N 1 rời khỏi chất lỏng bằng số lượng N 2 quay trở lại.

Người ta nói rằng trạng thái cân bằng động đã được thiết lập giữa hơi và chất lỏng của nó. Hơi nước ở trạng thái trạng thái cân bằng động với chất lỏng của nó được gọi là.

giàu có

4. Đun sôi.

Đun sôi là sự hình thành hơi xảy ra trên bề mặt và trong toàn bộ thể tích chất lỏng ở nhiệt độ không đổi.

Luôn có bọt khí bị hấp phụ trên thành bình. Ngoài ra, chất lỏng luôn chứa một lượng khí hòa tan (không khí) nhất định, mức độ hòa tan của chất này giảm khi nhiệt độ tăng và khi đun nóng, chất này cũng bắt đầu thoát ra dưới dạng bong bóng. Chất lỏng bay hơi bên trong bong bóng. Do đó, ngoài không khí, bên trong bong bóng còn có hơi bão hòa, áp suất của nó tăng khi nhiệt độ tăng. Kết quả là bong bóng phồng lên. Lực Archimedes tác dụng lên bong bóng trở nên lớn hơn lực hấp dẫn của chúng và chúng bắt đầu nổi. Hành vi tiếp theo của bong bóng phụ thuộc vào độ nóng của chất lỏng.

Nếu chất lỏng chưa được làm nóng đồng đều và các lớp trên của nó lạnh hơn các lớp dưới, thì khi bong bóng nổi lên, hơi bên trong chúng ngưng tụ và áp suất bên trong bong bóng giảm. Do đó, khối lượng bong bóng giảm. Lực Archimedes, phụ thuộc vào thể tích của bong bóng, cũng trở nên nhỏ hơn, chuyển động đi lên của bong bóng chậm lại và trước khi chạm tới bề mặt chất lỏng, bong bóng biến mất.

Nếu chất lỏng được làm nóng đều thì khi bong bóng nổi lên, thể tích của chúng sẽ tăng lên do lực áp suất thủy tĩnh của chất lỏng tác dụng lên bong bóng giảm đi. Sự gia tăng về thể tích dẫn đến sự gia tăng lực lượng của Archimedes. Do đó, chuyển động đi lên của bong bóng được tăng tốc. Các bong bóng chạm tới bề mặt tự do, vỡ ra và hơi nước bão hòa thoát ra ngoài. Thời điểm này được gọi là sự sôi của chất lỏng. Trong trường hợp này, áp suất hơi bão hòa trong bong bóng gần bằng áp suất bên ngoài.

Nhiệt độ tại đó áp suất hơi bão hòa bằng áp suất bên ngoài được gọi là điểm sôi.

Điểm sôi phụ thuộc vào:

1) từ áp suất bên ngoài (càng lớn thì điểm sôi càng cao);

2) do sự có mặt của tạp chất (thông thường điểm sôi tăng khi nồng độ tạp chất tăng);

3) từ không khí hoặc các khí khác hòa tan trong chất lỏng (khi lượng không khí hòa tan giảm, nhiệt độ tăng lên);

4) về tình trạng của thành bình (trong các bình có thành trơn hơn, chất lỏng sôi ở nhiệt độ cao hơn);

5) tùy thuộc vào loại chất lỏng.

5. So sánh tính chất của hơi bão hòa và khí lý tưởng.

1. Áp suất và mật độ của hơi bão hòa là không đổi và không phụ thuộc vào thể tích không gian phía trên chất lỏng bay hơi. Đối với khí lý tưởng, áp suất và mật độ giảm khi thể tích tăng.

Hơi nước bão hòa Khí lý tưởng

2. Khi nhiệt độ tăng ở một thể tích không đổi, sự tăng áp suất hơi bão hòa không xảy ra theo định luật tuyến tính như đối với khí lý tưởng mà nhanh hơn nhiều. Điều này được giải thích là do sự gia tăng áp suất xảy ra không chỉ do động năng tăng mà còn do số lượng phân tử bay hơi tăng lên.

Vì lý do tương tự, mật độ hơi bão hòa không đổi mà tăng lên.

3. Áp suất và mật độ của hơi bão hòa phụ thuộc vào loại chất lỏng và được xác định bởi nhiệt hóa hơi. Nhiệt bay hơi càng thấp thì áp suất và mật độ hơi bão hòa càng lớn.

Luôn có hơi của chất lỏng này phía trên bề mặt tự do của chất lỏng. Nếu thùng chứa chất lỏng không được đóng kín thì sẽ luôn có các phân tử hơi di chuyển ra khỏi bề mặt chất lỏng và không thể quay trở lại chất lỏng. Trong một bình kín, sự ngưng tụ hơi nước xảy ra đồng thời với sự bay hơi của chất lỏng. Đầu tiên, số lượng phân tử bay ra khỏi chất lỏng trong 1 giây lớn hơn số lượng phân tử quay trở lại, và mật độ, cũng như áp suất hơi, tăng lên. Số lượng phân tử hơi tăng lên cho đến khi số lượng phân tử rời khỏi chất lỏng (bay hơi) bằng số lượng phân tử trở lại chất lỏng (ngưng tụ) trong cùng một khoảng thời gian. Điều kiện này được gọi là cân bằng động.

Hơi ở trạng thái cân bằng động với chất lỏng được gọi là hơi nước bão hòa. Các đại lượng sau đây được sử dụng để mô tả hơi bão hòa: áp suất hơi bão hòa P n và mật độ hơi bão hòaρn. Ở nhiệt độ nhất định, hơi bão hòa có áp suất và mật độ hơi tối đa có thể.

Hơi có áp suất nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ nhất định gọi là hơi chưa bão hòa. Tương tự, có thể đưa ra định nghĩa về mật độ hơi.

Kinh nghiệm cho thấy rằng hơi không bão hòa tuân theo mọi định luật về khí, và càng ở xa độ bão hòa thì chúng làm như vậy càng chính xác.

Tính chất của hơi bão hòa

Các tính chất sau đây là đặc trưng của hơi bão hòa:

Do đó, hơi bão hòa không tuân theo các định luật khí lý tưởng. Các giá trị áp suất và mật độ hơi bão hòa ở nhiệt độ nhất định được xác định từ bảng (xem bảng).

Bàn. Áp lực ( r) và mật độ (ρ) của hơi nước bão hòa ở các nhiệt độ khác nhau ( t).

Độ ẩm

Do sự bốc hơi nước từ nhiều vùng nước (biển, hồ, sông, v.v.), cũng như từ thảm thực vật, không khí trong khí quyển luôn chứa hơi nước. Lượng hơi nước chứa trong không khí ảnh hưởng đến thời tiết, sức khỏe con người, hoạt động của nhiều cơ quan, đời sống thực vật cũng như sự an toàn của các vật thể kỹ thuật, công trình kiến ​​​​trúc và tác phẩm nghệ thuật. Vì vậy, điều rất quan trọng là phải theo dõi độ ẩm không khí và có thể đo được nó.

Hơi nước trong không khí thường không bão hòa. Sự chuyển động của các khối không khí, cuối cùng do bức xạ của Mặt trời gây ra, dẫn đến thực tế là ở một số nơi trên hành tinh của chúng ta vào thời điểm này, sự bay hơi của nước chiếm ưu thế so với sự ngưng tụ, trong khi ở những nơi khác, ngược lại, sự ngưng tụ lại chiếm ưu thế.

Độ ẩm tuyệt đốiρ của không khí là giá trị về mặt số lượng bằng khối lượng hơi nước chứa trong 1 m 3 không khí (tức là mật độ hơi nước trong không khí ở những điều kiện nhất định).

Đơn vị SI của độ ẩm tuyệt đối là kilogam trên mét khối (kg/m3). Đôi khi các đơn vị không mang tính hệ thống là gam trên mét khối (g/m3) được sử dụng.

Độ ẩm tuyệt đối ρ và áp suất P hơi nước được liên kết với nhau bằng phương trình trạng thái

\(~p \cdot V = \dfrac (m \cdot M)(R \cdot T) \Rightarrow p = \dfrac(\rho)(M) \cdot R \cdot T\)

Nếu chỉ biết độ ẩm tuyệt đối thì vẫn không thể đánh giá được không khí khô hay ẩm. Để xác định độ ẩm không khí, bạn cần biết hơi nước ở gần hay xa bão hòa.

Độ ẩm tương đối không khí φ là tỷ lệ phần trăm của độ ẩm tuyệt đối với mật độ ρ 0 của hơi bão hòa ở nhiệt độ nhất định (hoặc tỷ lệ áp suất P hơi nước đến áp suất P 0 hơi bão hòa ở nhiệt độ nhất định):

\(~\varphi = \dfrac(\rho)(\rho_0) \cdot 100\;\%, \;\; ~\varphi = \dfrac(p)(p_0) \cdot 100\;\%.\)

Độ ẩm tương đối càng thấp, hơi nước càng xa độ bão hòa, sự bốc hơi càng xảy ra mạnh hơn. Áp suất hơi bão hòa P 0 ở nhiệt độ nhất định là một giá trị dạng bảng. Áp lực P hơi nước (và do đó độ ẩm tuyệt đối) được xác định bởi điểm sương.

Để ở nhiệt độ t 1 áp suất hơi nước P 1. Trạng thái hơi nước trên sơ đồ r, t sẽ được biểu diễn bằng một điểm MỘT(Hình 5).

Khi làm nguội đẳng áp đến nhiệt độ t p hơi nước trở nên bão hòa và trạng thái của nó được biểu thị bằng dấu chấm TRONG. Nhiệt độ t p mà tại đó hơi nước trở nên bão hòa được gọi là điểm sương. Khi làm mát dưới điểm sương, quá trình ngưng tụ hơi bắt đầu: sương mù xuất hiện, sương rơi và cửa sổ có sương mù. Điểm sương cho phép bạn xác định áp suất hơi nước P 1 trong không khí ở nhiệt độ t 1 .

Thật vậy, từ Hình 5 chúng ta thấy rằng áp suất P 1 bằng áp suất hơi bão hòa tại điểm sương P 1 = P 0tp. Do đó, \(~\varphi = \dfrac(p_(0tp))(p_0) \cdot 100 \;\%\)

Máy đo tâm thần. máy đo độ ẩm

Khi nhiệt độ giảm, độ ẩm tương đối tăng. Ở một nhiệt độ nhất định ( điểm sương) hơi nước trở nên bão hòa. Nhiệt độ giảm hơn nữa dẫn đến hơi nước dư thừa bắt đầu ngưng tụ dưới dạng giọt sương hoặc sương mù.

Để xác định độ ẩm không khí tương đối, bạn có thể hạ nhiệt độ không khí xuống một cách giả tạo ở một khu vực giới hạn đến điểm sương. Độ ẩm tuyệt đối và theo đó, áp suất hơi nước sẽ không thay đổi. Bằng cách so sánh áp suất hơi nước tại điểm sương với áp suất hơi bão hòa có thể ở nhiệt độ mà chúng ta quan tâm, từ đó chúng ta sẽ tìm được độ ẩm tương đối của không khí. Làm mát nhanh có thể đạt được bằng cách bay hơi mạnh một số chất lỏng dễ bay hơi. Phương pháp này được sử dụng để đo độ ẩm bằng máy đo độ ẩm ngưng tụ.

ẩm kế ngưng tụ bao gồm một hộp kim loại có hai lỗ (Hình 6).

Ether được đổ vào hộp. Sử dụng bóng cao su, không khí được bơm qua hộp. Ether bay hơi rất nhanh, nhiệt độ của hộp và không khí gần nó giảm đi và độ ẩm tương đối tăng lên. Ở một nhiệt độ nhất định, được đo bằng nhiệt kế nhét vào lỗ của thiết bị, bề mặt hộp được bao phủ bởi những giọt sương li ti. Để ghi lại chính xác hơn thời điểm hộp sương xuất hiện trên bề mặt, bề mặt này được đánh bóng thành gương và một vòng kim loại bóng được đặt cạnh hộp để điều khiển.

Trong máy đo độ ẩm ngưng tụ hiện đại, một phần tử bán dẫn được sử dụng để làm mát gương, nguyên lý hoạt động của nó dựa trên hiệu ứng Peltier và nhiệt độ của gương được đo bằng điện trở dây hoặc vi nhiệt kế bán dẫn được tích hợp trong đó.

Hoạt động máy đo độ ẩm tóc dựa trên đặc tính của tóc người đã được khử chất béo để thay đổi độ dài khi độ ẩm không khí thay đổi, điều này giúp có thể đo độ ẩm tương đối từ 30 đến 100%. Tóc 1 (Hình 7) được căng trên khung kim loại 2. Sự thay đổi về độ dài tóc được truyền đến mũi tên 3, di chuyển dọc theo thang đo.

Cơm. 7

Hoạt động ẩm kế gốm dựa trên sự phụ thuộc của điện trở của khối gốm rắn và xốp (hỗn hợp đất sét, silicon, cao lanh và một số oxit kim loại) vào độ ẩm không khí.

Lý thuyết động học phân tử cho phép chúng ta không chỉ hiểu tại sao một chất có thể ở trạng thái khí, lỏng và rắn mà còn giải thích quá trình chuyển một chất từ ​​trạng thái này sang trạng thái khác.

Sự bay hơi và ngưng tụ. Lượng nước hoặc bất kỳ chất lỏng nào khác trong thùng chứa mở giảm dần. Sự bay hơi của chất lỏng xảy ra, cơ chế được mô tả trong môn vật lý lớp VII. Trong quá trình chuyển động hỗn loạn, một số phân tử thu được nhiều động năng đến mức chúng rời khỏi chất lỏng, vượt qua lực hút của các phân tử khác.

Đồng thời với sự bay hơi, quá trình ngược lại xảy ra - sự chuyển một phần của các phân tử hơi chuyển động hỗn loạn thành chất lỏng. Quá trình này được gọi là ngưng tụ. Nếu bình mở thì các phân tử đã rời khỏi chất lỏng có thể không quay trở lại

chất lỏng. Trong những trường hợp này, sự bay hơi không được bù đắp bằng sự ngưng tụ và lượng chất lỏng giảm đi. Khi luồng không khí đi qua bình mang đi hơi tạo thành, chất lỏng bay hơi nhanh hơn, vì phân tử hơi có ít cơ hội quay trở lại chất lỏng.

Hơi nước bão hòa. Nếu bình chứa chất lỏng được đậy kín thì sự mất mát của nó sẽ sớm chấm dứt. Ở nhiệt độ không đổi, hệ thống hơi-lỏng sẽ đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt và sẽ tồn tại trong đó bao lâu tùy thích.

Tại thời điểm đầu tiên, sau khi chất lỏng được đổ vào bình và đóng lại, nó sẽ bay hơi và mật độ hơi phía trên chất lỏng sẽ tăng lên. Tuy nhiên, đồng thời, số lượng phân tử quay trở lại chất lỏng sẽ tăng lên. Mật độ hơi càng cao thì càng có nhiều phân tử hơi quay trở lại chất lỏng. Kết quả là, trong một bình kín ở nhiệt độ không đổi, trạng thái cân bằng động (di động) giữa chất lỏng và hơi cuối cùng sẽ được thiết lập. Số lượng phân tử rời khỏi bề mặt chất lỏng sẽ bằng số lượng phân tử hơi quay trở lại chất lỏng trong cùng thời gian. Sự ngưng tụ xảy ra đồng thời với quá trình bay hơi và cả hai quá trình đều bù trừ cho nhau.

Hơi ở trạng thái cân bằng động với chất lỏng của nó được gọi là hơi bão hòa. Tên này nhấn mạnh rằng không thể có một lượng hơi nước lớn hơn trong một thể tích nhất định ở nhiệt độ nhất định.

Nếu không khí từ bình chứa chất lỏng được bơm ra trước đó thì chỉ có hơi bão hòa ở trên bề mặt chất lỏng.

Áp suất hơi bão hòa.Điều gì sẽ xảy ra với hơi nước bão hòa nếu thể tích mà nó chiếm giữ giảm đi, ví dụ, bằng cách nén hơi nước ở trạng thái cân bằng với chất lỏng trong xi lanh dưới pít-tông, duy trì nhiệt độ của các chất trong xi-lanh không đổi?

Khi hơi nước bị nén, trạng thái cân bằng sẽ bắt đầu bị xáo trộn. Lúc đầu, mật độ hơi tăng nhẹ và số lượng phân tử bắt đầu chuyển từ khí sang lỏng lớn hơn từ lỏng sang khí. Điều này tiếp tục cho đến khi trạng thái cân bằng và mật độ được thiết lập trở lại, và do đó nồng độ của các phân tử lấy lại giá trị trước đó. Do đó, nồng độ của các phân tử hơi bão hòa không phụ thuộc vào thể tích ở nhiệt độ không đổi.

Vì áp suất tỷ lệ thuận với nồng độ theo công thức, không phụ thuộc vào nồng độ (hoặc mật độ) của hơi bão hòa với thể tích, nên áp suất của hơi bão hòa không phụ thuộc vào thể tích mà nó chiếm giữ.

Áp suất hơi không phụ thuộc vào thể tích mà tại đó chất lỏng cân bằng với hơi của nó được gọi là áp suất hơi bão hòa.

Khi hơi bão hòa bị nén, ngày càng nhiều hơi chuyển sang trạng thái lỏng. Chất lỏng có khối lượng nhất định chiếm thể tích nhỏ hơn hơi có cùng khối lượng. Kết quả là thể tích hơi nước giảm đi, trong khi mật độ của nó không thay đổi.

Chúng tôi đã sử dụng từ "khí" và "hơi nước" nhiều lần. Không có sự khác biệt cơ bản giữa khí và hơi nước, và những từ này nhìn chung tương đương nhau. Nhưng chúng ta đã quen với một phạm vi nhiệt độ môi trường tương đối nhỏ nhất định. Từ "khí" thường được áp dụng cho những chất có áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ bình thường cao hơn khí quyển (ví dụ, carbon dioxide). Ngược lại, chúng ta nói đến hơi nước khi ở nhiệt độ phòng, áp suất hơi bão hòa thấp hơn khí quyển và chất này ổn định hơn ở trạng thái lỏng (ví dụ: hơi nước).

Sự độc lập của áp suất hơi bão hòa với thể tích đã được chứng minh trong nhiều thí nghiệm về quá trình nén đẳng nhiệt của hơi ở trạng thái cân bằng với chất lỏng của nó. Để chất với khối lượng lớn ở trạng thái khí. Khi quá trình nén đẳng nhiệt diễn ra, mật độ và áp suất của nó tăng lên (phần đường đẳng nhiệt AB trong Hình 51). Khi đạt đến áp suất, quá trình ngưng tụ hơi nước bắt đầu. Sau đó, khi nén hơi bão hòa, áp suất không thay đổi cho đến khi toàn bộ hơi nước chuyển thành chất lỏng (đường thẳng BC trên Hình 51). Sau đó, áp suất trong quá trình nén bắt đầu tăng mạnh (đoạn của đường cong vì chất lỏng có khả năng nén nhẹ.

Đường cong trên Hình 51 được gọi là đường đẳng nhiệt của khí thực.

Sau khi đun sôi, nhiệt độ của nước ngừng tăng và không thay đổi cho đến khi bay hơi hoàn toàn. Bay hơi là quá trình chuyển từ trạng thái lỏng sang hơi nước, có cùng nhiệt độ với chất lỏng đang sôi. Sự bay hơi này được gọi là hơi bão hòa. Khi toàn bộ nước đã bay hơi hết, bất kỳ lượng nhiệt bổ sung tiếp theo nào cũng sẽ làm tăng nhiệt độ. Hơi nước nóng vượt quá mức bão hòa được gọi là quá nhiệt. Các ứng dụng công nghiệp thường sử dụng hơi nước bão hòa để sưởi ấm, nấu ăn, sấy khô hoặc các quy trình khác. Quá nhiệt được sử dụng riêng cho tua bin. Các loại hơi nước khác nhau có thế năng trao đổi khác nhau và điều này chứng minh việc sử dụng chúng cho các mục đích hoàn toàn khác nhau.

Hơi nước là một trong ba trạng thái vật lý

Có thể hiểu rõ hơn về các tính chất của hơi nước bằng cách hiểu cấu trúc nguyên tử và phân tử chung của chất đó, đồng thời áp dụng kiến ​​thức này vào nước đá, nước và hơi nước. Phân tử là đơn vị nhỏ nhất của bất kỳ nguyên tố hoặc hợp chất nào. Đến lượt nó được tạo thành từ các hạt thậm chí còn nhỏ hơn gọi là nguyên tử, tạo nên các nguyên tố cơ bản như hydro và oxy. Sự kết hợp cụ thể của các nguyên tố nguyên tử này cung cấp sự kết nối của các chất. Một trong những hợp chất này được biểu thị bằng công thức hóa học H 2 O, các phân tử bao gồm 2 nguyên tử hydro và 1 nguyên tử oxy. Carbon cũng rất phong phú và là thành phần chính của tất cả các chất hữu cơ. Hầu hết các khoáng chất có thể tồn tại ở ba trạng thái vật lý (rắn, lỏng và hơi) được gọi là pha.

Quá trình tạo hơi nước

Khi nhiệt độ của nước đạt đến điểm sôi, một số phân tử có đủ động năng để đạt được tốc độ cho phép chúng tách khỏi chất lỏng trong giây lát trong không gian phía trên bề mặt trước khi quay trở lại. Việc đun nóng thêm gây ra sự kích thích lớn hơn và số lượng phân tử muốn rời khỏi chất lỏng tăng lên. Ở áp suất khí quyển, nhiệt độ bão hòa là 100°C. Hơi có nhiệt độ sôi ở áp suất này được gọi là hơi bão hòa khô. Giống như sự chuyển pha từ băng sang nước, quá trình bay hơi cũng có thể thuận nghịch (ngưng tụ). Điểm tới hạn là nhiệt độ cao nhất mà tại đó nước có thể duy trì ở dạng lỏng. Trên điểm này, hơi nước có thể được coi là chất khí. Trạng thái khí tương tự như trạng thái khuếch tán, trong đó các phân tử có khả năng di chuyển gần như không giới hạn.

Mối quan hệ của các biến

Ở một nhiệt độ nhất định, có một áp suất hơi nhất định tồn tại ở trạng thái cân bằng với nước ở dạng lỏng. Nếu chỉ báo này tăng, hơi nước sẽ quá nóng và được gọi là khô. Có một mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ: biết một giá trị, bạn có thể xác định giá trị kia. Trạng thái của hơi nước được xác định bởi ba biến: áp suất, nhiệt độ và thể tích. Hơi bão hòa khô là hiện tượng hơi nước và nước có thể xuất hiện đồng thời. Nói cách khác, điều này xảy ra khi tốc độ hóa hơi bằng tốc độ ngưng tụ.

Hơi bão hòa và tính chất của nó

Khi thảo luận về các tính chất của hơi bão hòa, nó thường được so sánh với khí lý tưởng. Họ có điểm gì chung hay đây chỉ là một quan niệm sai lầm? Thứ nhất, ở mức nhiệt độ không đổi, mật độ không phụ thuộc vào thể tích. Về mặt trực quan, điều này có thể được hình dung như sau: bạn cần giảm thể tích của thùng chứa bằng hơi nước một cách trực quan mà không cần thay đổi các chỉ báo nhiệt độ. Số lượng phân tử ngưng tụ sẽ vượt quá số lượng phân tử bay hơi và hơi nước sẽ trở lại trạng thái cân bằng. Kết quả là mật độ sẽ là một tham số không đổi. Thứ hai, các đặc tính như áp suất và thể tích không phụ thuộc vào nhau. Thứ ba, có tính đến tính bất biến của đặc tính thể tích, mật độ phân tử tăng khi nhiệt độ tăng và trở nên nhỏ hơn khi giảm. Trên thực tế, khi đun nóng, nước bắt đầu bay hơi nhanh hơn. Trong trường hợp này, sự cân bằng sẽ bị phá vỡ và không được phục hồi cho đến khi mật độ hơi trở về vị trí trước đó. Ngược lại, trong quá trình ngưng tụ, mật độ hơi bão hòa sẽ giảm. Không giống như khí lý tưởng, hơi nước bão hòa không thể được gọi là một hệ kín vì nó thường xuyên tiếp xúc với nước.

Lợi ích sưởi ấm

Hơi bão hòa là hơi nước tinh khiết tiếp xúc trực tiếp với nước lỏng. Nó có nhiều đặc tính khiến nó trở thành nguồn năng lượng nhiệt tuyệt vời, đặc biệt ở nhiệt độ cao (trên 100°C). Một số trong số họ:

Các loại hơi nước

Hơi nước là pha khí của nước. Nó sử dụng nhiệt trong quá trình hình thành và giải phóng một lượng nhiệt lớn sau đó. Vì thế anh ấy
có thể được sử dụng làm chất làm việc cho động cơ nhiệt. Các trạng thái sau đây được biết đến: bão hòa ướt, bão hòa khô và quá nóng. Hơi bão hòa được ưu tiên sử dụng hơn hơi quá nhiệt làm chất làm mát trong bộ trao đổi nhiệt. Khi nó được thải vào khí quyển từ các đường ống, một phần của nó ngưng tụ lại, tạo thành những đám mây bốc hơi ẩm, màu trắng chứa những giọt nước nhỏ. Hơi quá nhiệt sẽ không bị ngưng tụ ngay cả khi tiếp xúc trực tiếp với khí quyển. Ở trạng thái quá nóng, nó sẽ có khả năng truyền nhiệt lớn hơn do chuyển động phân tử được tăng tốc và mật độ thấp hơn. Sự hiện diện của độ ẩm gây ra sự lắng đọng, ăn mòn và giảm tuổi thọ của nồi hơi hoặc các thiết bị trao đổi nhiệt khác. Vì vậy, hơi khô được ưa chuộng hơn vì nó tạo ra nhiều năng lượng hơn và không bị ăn mòn.

Khô và giàu: mâu thuẫn là gì?

Nhiều người nhầm lẫn giữa hai thuật ngữ “khô khan” và “giàu có”. Làm thế nào một cái gì đó có thể là cả hai cùng một lúc? Câu trả lời nằm ở thuật ngữ chúng tôi sử dụng. Thuật ngữ “khô” gắn liền với việc không có độ ẩm, tức là “không ướt”. “Bão hòa” có nghĩa là “ngâm”, “ngâm”, “ngập”, “ngập nước”, v.v. Tất cả điều này dường như xác nhận sự mâu thuẫn. Tuy nhiên, trong kỹ thuật hơi nước, thuật ngữ "bão hòa" có một ý nghĩa khác và trong bối cảnh này có nghĩa là trạng thái xảy ra sôi. Vì vậy, nhiệt độ tại đó sự sôi xảy ra về mặt kỹ thuật được gọi là nhiệt độ bão hòa. Hơi khô trong bối cảnh này không chứa độ ẩm. Nếu quan sát ấm nước đang sôi, bạn có thể thấy hơi nước trắng bay ra từ miệng ấm. Trên thực tế, nó là hỗn hợp giữa hơi nước khô, không màu và hơi nước ướt chứa những giọt nước phản chiếu ánh sáng và chuyển sang màu trắng. Do đó, thuật ngữ "hơi nước bão hòa khô" có nghĩa là hơi nước được khử nước và không quá nhiệt. Không có các hạt chất lỏng, nó là một chất ở trạng thái khí không tuân theo các định luật khí chung.

Chắc hẳn nhiều người đã từng nhìn thấy hình ảnh một thùng nước mở nắp sau một thời gian lại trở nên trống rỗng. Nếu bạn đậy nắp lại thì nước sẽ không chảy đi đâu cả. Nguyên nhân thì ai cũng biết - nước bốc hơi. Lời giải thích cho hiện tượng này rất đơn giản: một số phân tử nước có tốc độ chuyển động đủ cao để rời khỏi chất lỏng. Quá trình chuyển từ chất lỏng sang trạng thái khí được gọi là sự bay hơi.

Một quá trình khác, cụ thể là sự chuyển đổi hơi nước thành chất lỏng, được gọi là sự ngưng tụ. Hai quá trình bay hơi và ngưng tụ này xảy ra liên tục: một phần nước bay hơi, một phần ngưng tụ. Nếu thể tích trên mặt nước là không giới hạn thì quá trình bay hơi chiếm ưu thế. Ví dụ, nước bay hơi được loại bỏ, chẳng hạn như xảy ra trên bề mặt nước mở và chất lỏng dần dần chuyển sang trạng thái khí - hơi nước.

Nhưng nếu thể tích không gian trống phía trên chất lỏng bị hạn chế thì sẽ xảy ra một tình huống hơi khác. Nước bay hơi không thể rời khỏi thể tích này và hơi nước bão hòa hình thành trên bề mặt nước. Đây là tên gọi hơi nước ở trạng thái cân bằng khi lượng nước bay hơi và hơi nước ngưng tụ bằng nhau. Nước không giảm hoặc tăng, xảy ra trạng thái cân bằng giữa bay hơi và ngưng tụ.

Bây giờ chúng ta đã biết hơi nước bão hòa là gì và các đặc tính của nó có thể khá thú vị đối với chúng ta. Chúng tôi đã xác định ngay từ đầu rằng lượng không gian trống phía trên bề mặt chất lỏng là có hạn. Hơi nước bão hòa hình thành phía trên nó. Điều gì sẽ xảy ra nếu bây giờ chúng ta giảm khối lượng miễn phí này? Điều gì sẽ xảy ra? Trong trường hợp này, trạng thái cân bằng được thiết lập giữa ngưng tụ và bay hơi sẽ bị phá vỡ. Quá trình ngưng tụ sẽ bắt đầu chiếm ưu thế, thể tích hơi ẩm sẽ tăng lên và hơi nước sẽ giảm đi.

Áp suất hơi tại đó nó cân bằng với chất lỏng được gọi là Nếu chúng ta giảm thể tích không gian tự do phía trên mặt nước thì áp suất hơi tăng. Hậu quả của việc này sẽ là sự chuyển đổi hơi nước thành nước. Khi phóng to, nó chiếm ít không gian hơn hơi nước bão hòa. Từ đó rút ra một kết luận khác: nếu nhiệt độ không đổi thì áp suất hơi bão hòa là như nhau đối với mọi thể tích.

Có một lựa chọn khác cho hoạt động của hơi nước - thể tích trên mặt nước giảm đi, nhưng quá trình chuyển hơi nước thành chất lỏng không xảy ra. Điều này có nghĩa là có hơi không bão hòa phía trên bề mặt. Sau đó, khi thể tích giảm ở nhiệt độ không đổi, hơi nước bắt đầu biến thành nước, nghĩa là hơi bão hòa đã hình thành. Nhưng không phải vô cớ mà điều kiện đã được quy định là mọi thứ đều diễn ra ở nhiệt độ không đổi. Có một giá trị nhất định mà tại đó hơi nước có thể biến thành chất lỏng.

Giá trị này được gọi là nhiệt độ tới hạn. Chất này vẫn là chất khí ở nhiệt độ trên nhiệt độ tới hạn, nhưng nếu nó ở dưới nhiệt độ tới hạn thì chất khí sẽ chuyển thành chất lỏng. Mỗi chất đều có ý nghĩa riêng, cần lưu ý thêm hai đặc điểm của hơi nước: nó có thể là hơi bão hòa ướt hoặc khô. Hơi nước ướt chứa giọt nước, trong khi hơi khô không chứa hơi ẩm.

Ngoài ra còn có cái gọi là hơi quá nhiệt - đây là hơi khô có nhiệt độ trên mức tới hạn. Trong trường hợp này, người ta coi như không còn chất lỏng nào trong thể tích kín mà chỉ có hơi. Hơi quá nhiệt chủ yếu được sử dụng trong công nghệ và năng lượng. hơi quá nhiệt cho phép nó được vận chuyển bằng đường ống dẫn hơi và sử dụng trong. Do không có nước trong hơi quá nhiệt nên tuổi thọ của tuabin tăng lên.

Bài báo thảo luận về hơi nước bão hòa là gì, loại và tính chất của nó, cũng như quá trình hình thành và biến đổi thành chất lỏng.