Вплив тиску на температуру насичення

Існує безпосередня залежність між температурою насичення рідини і навколишнім тиском. Як було зазначено раніше, збільшення тиску рідини піднімає температуру насичення. І навпаки, скорочення тиску рідини знижує температуру насиченості.

Розглянемо закриту посудину з водою при температурі 22,2 ° С. На посудину встановлені дросельний клапан, манометр і два термометра для контролю процесу. Клапан регулює тиск у посудині. Манометр показує тиск в посудині, а термометри вимірюють температуру пара і рідкої води. Атмосферний тиск навколо посудини є рівним 101,3 кПа.

У посудині утворений вакуум. і закритий клапан. При внутрішньому тиску в 68,9 кПа температура насичення води 89,6 ° С. Це означає, що кипіння не станеться, поки тиск пара не досягне 68,9 кПа. Так як максимальний тиск пара при температурі рідини 22,2 ° С 2,7 кПа, кипіння не буде, якщо рідини не повідомити велику кількість енергії.

Замість кипіння при даних умовах почнеться випаровування. так як тиск пари рідини нижче тиску насиченої пари. яке залежить від температури води. Так буде тривати до тих пір, поки обсяг над рідина не буде насиченим водяною парою. Після досягнення стану рівноваги температура рідини і навколишнього середовища буде однаковою, теплопередача припиниться, кількість молекул пара, що відділяються від води і повертаються в неї, буде однаковим, і тиск пара буде дорівнює тиску насичення рідини, яке залежить від її температури. Після досягнення стану рівноваги тиск пара досягне максимального значення 2,7 кПа, і обсяг рідини залишиться постійним.

Якщо після досягнення початкового стану рівноваги відкрити клапан, тиск в посудині швидко виросте до 101,3 кПа. Отже, температура кипіння води зросте до 100 ° С. Так як температура води залишиться 22,2 ° С, тиск пара води залишається 2,7 кПа. Тиск пара води зменшиться, так як пара виходить з посудини через клапан, і процес випаровування починається знову.

При збільшенні теплопередачі судині в результаті спалювання палива, температура води починає підвищуватися до 100 ° С. Підвищення температури води викликає виділення більшої кількості молекул пара в результаті збільшення кінетичної енергії. що підвищує тиск пара до 101,3 кПа. Збільшення тиску пара - це наслідок зміни температури рідкої води. При збільшенні температури рідини тиск насиченої пари також підвищується. Як тільки тиск пари досягає атмосферного тиску, починається кипіння. Заснований на потенційної енергії процес зміни стану в результаті кипіння відбувається при постійній температурі. Вода буде примусово змінювати стан на газоподібне до тих пір, поки посудина отримує достатньо теплоти.

При відділенні молекул пара від поверхні рідини і рух в посудині деякі молекули втрачають кінетичну енергію в результаті зіткнень і падають в рідину. Деякі молекули виходять з посудини через відкритий клапан і розсіюються в атмосфері. Поки клапан випускає пар, тиск пара і тиск в посудині залишиться 101,3 кПа. При цьому пар залишиться насиченим, і його температура і тиск будуть такі ж, як і у рідини: 100 ° С при 101,3 кПа. Щільність пара при такій температурі і тиску 0,596 кг / м3, а його питома обсяг зворотний щільності, дорівнює 1,669 мг / кг.