Залежність тиску насиченої пари від температури

Рідина не тільки випаровується. При деякій температурі вона кипить.
Залежність тиску насиченої пари від температури. Стан насиченої пари, як показує досвід (ми говорили про це в попередньому параграфі), наближено описується рівнянням стану ідеального газу (10.4), а його тиск визначається формулою

З ростом температури тиск зростає. Так як тиск насиченої пари не залежить від об'єму, то, отже, воно залежить тільки від температури.
Однак залежність рн.п. від Т. знайдена експериментально, не є прямо пропорційною, як у ідеального газу при постійному обсязі. Зі збільшенням температури тиск реального насиченого пара зростає швидше, ніж тиск ідеального газу (рис.11.1. Ділянка кривої АВ). Це стає очевидним, якщо провести ізохорами ідеального газу через точки А і В (штрихові прямі). Чому це відбувається?

При нагріванні рідини в закритій посудині частина рідини перетворюється в пар. В результаті згідно з формулою (11.1) тиск насиченої пари зростає не тільки внаслідок підвищення температури рідини, але і внаслідок збільшення концентрації молекул (щільності) пара. В основному збільшення тиску при підвищенні температури визначається саме збільшенням концентрації. Головна відмінність в поведінці ідеального газу і насиченої пари полягає в тому, що при зміні температури пара в закритій посудині (або при зміні обсягу при постійній температурі) змінюється маса пари. Рідина частково перетворюється на пару, або, навпаки, пар частково конденсується. З ідеальним газом нічого подібного не відбувається.
Коли вся рідина випарується, пар при подальшому нагріванні перестане бути насиченим і його тиск при постійному обсязі буде зростати прямо пропорційно абсолютній температурі (див. Рис.11.1. Ділянка кривої ВС).
Кипіння. У міру збільшення температури рідини інтенсивність випаровування збільшується. Нарешті, рідина починає кипіти. При кипінні по всьому об'єму рідини утворюються швидко зростаючі бульбашки пара, які спливають на поверхню. Температура кипіння рідини залишається постійною. Це відбувається тому, що вся що підводиться до рідини енергія витрачається на перетворення її в пару. За яких умов починається кипіння?
У рідині завжди присутні розчинені гази, що виділяються на дні і стінках посудини, а також на зважених в рідини порошинки, які є центрами пароутворення. Пари рідини, що знаходяться всередині бульбашок, є насиченими. Зі збільшенням температури тиск насиченої пари зростає і бульбашки збільшуються в розмірах. Під дією сили, що виштовхує вони спливають вгору. Якщо верхні шари рідини мають нижчу температуру, то в цих шарах відбувається конденсація пари в бульбашках. Тиск стрімко падає, і бульбашки закриваються. Закриття відбувається настільки швидко, що стінки бульбашки, стикаючись, роблять щось на зразок вибуху. Безліч таких мікровзривов створює характерний шум. Коли рідина достатньо прогріється, бульбашки перестануть закриватися і спливуть на поверхню. Рідина закипить. Поспостерігайте уважно за чайником на плиті. Ви виявите, що перед закипанням він майже перестає шуміти.
Залежність тиску насиченої пари від температури пояснює, чому температура кипіння рідини залежить від тиску на її поверхню. Бульбашка пара може рости, коли тиск насиченої пари всередині нього трохи перевершує тиск в рідині, що складається з тиску повітря на поверхню рідини (зовнішній тиск) і гідростатичного тиску стовпа рідини.
Звернемо увагу на те, що випаровування рідини відбувається при температурах, менших температури кипіння, і тільки з поверхні рідини, при кипінні освіту пара відбувається по всьому об'єму рідини.
Кипіння починається при температурі, при якій тиск насиченої пари в бульбашках порівнюється з тиском у рідині.
Чим більше зовнішній тиск, тим вище температура кипіння. Так, в паровому котлі при тиску, що досягає 1,6 • 10 6 Па, вода не кипить і при температурі 200 ° С. У медичних установах в герметично закритих судинах - автоклавах (рис.11.2) кипіння води також відбувається при підвищеному тиску. Тому температура кипіння рідини значно вище 100 ° С. Автоклави застосовують для стерилізації хірургічних інструментів та ін.

І навпаки, зменшуючи зовнішній тиск, ми тим самим знижуємо температуру кипіння. Відкачуючи насосом повітря і пари води з колби, можна змусити воду кипіти при кімнатній температурі (ріс.11.3). При підйомі в гори атмосферний тиск зменшується, тому зменшується температура кипіння. На висоті 7134 м (пік Леніна на Памірі) тиск приблизно дорівнює 4 • 10 4 Па (300 мм рт. Ст.). Вода кипить там приблизно при 70 ° С. Зварити м'ясо в цих умовах неможливо.

У кожної рідини своя температура кипіння, яка залежить від тиску її насиченої пари. Чим вище тиск насиченої пари, тим нижче температура кипіння рідини, так як при менших температурах тиск насиченої пари стає рівним атмосферному. Наприклад, при температурі кипіння 100 ° С тиск насичених парів води одно 101 325 Па (760 мм рт. Ст.), А пари ртуті - всього лише 117 Па (0,88 мм рт. Ст.). Кипить ртуть при температурі 357 ° С при нормальному тиску.
Рідина закипає, коли тиск її насиченої пари стає дорівнює тиску всередині рідини.

.
1. Чому температура кипіння зростає зі збільшенням тиску?
2. Чому для кипіння істотно підвищення тиску насиченої пари в бульбашках, а не підвищення тиску наявного в них повітря?
3. Як змусити закипіти рідина, охолоджуючи посудину? (Питання це непросте.)

Г.Я.Мякішев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотскій, Фізика 10 клас

Планування уроків з фізики. відповіді на тести, завдання та відповіді по класам, домашнє завдання та робота з фізики для 10 класу

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, напишіть нам.

Якщо ви хочете побачити інші коригування та побажання до уроків, дивіться тут - Освітній форум.