Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Относительная влажность водяного пара в сосуде при температуре 100 °C равна 62%. Какова плотность этого пара? (Ответ дать в килограммах на кубический метр, округлив до сотых долей.)
Спрятать решение
Решение.
Относительная влажность — отношение парциального давления паров воды в газе к равновесному давлению насыщенных паров при данной температуре 
откуда 
При 100 °C давление насыщенных паров равно атмосферному 
Плотность водяного пара можно рассчитать из уравнения Менделеева — Клапейрона:
Ответ: 0,36.
Содержание
- Что это за параметр, в чем измеряется, как обозначается?
- От чего зависит?
- Как изменяется при изменении температуры?
- Таблица зависимости
- Как определить?
- Формула и правила расчета
- Несколько примеров
- Где используют знания в жизни?
- Заключение
Что это за параметр, в чем измеряется, как обозначается?
Плотностью вещества называют физическую величину, которая указывает на отношение массы к занимаемому объему. Для насыщенного пара, простыми словами, это общее количество газа на единицу занимаемого им объема.
Единицей измерения плотности является кг/м3- килограмм на кубический метр (по системе СИ) или г/см3-грамм на кубический сантиметр (по системе СГС). Обозначается данная величина буквой «p».
Плотность насыщенного пара всегда приравнивается к уровню абсолютной влажности. Связано это с тем, что для данного вида пара свойственно насыщение молекулами воды, которые и повышают плотность.
От чего зависит?
Значение плотности насыщенных паров зависит от нескольких факторов:
Температура. С ее повышением увеличивается плотность пара, так как прослеживается рост числа молекул насыщения.- Атмосферное давление. Чем оно выше, тем плотность меньше. Связано это с уменьшением числа свободных молекул, покидающих поверхность воды.
Также стоит учесть, что при снижении давления, плотность растет, так как снижается температура кипения, увеличивается парообразование и уровень насыщения.
- Температура внешней стенки (сосуда). Увеличивает конденсацию, снижает общую температуру жидкости, приводит к дисбалансу динамического равновесия. В следствии этих факторов, снижается плотность пара.
Температура. С ее повышением увеличивается плотность пара, так как прослеживается рост числа молекул насыщения.Также стоит учесть, что плотность насыщенного пара зависит от примесей других газов и твердых частиц в нем. Примеси снижают плотность самого пара, так как увеличивают конденсацию при сниженном уровне насыщения.
Как изменяется при изменении температуры?
Плотность насыщенного пара прямо зависит от температуры:
- При понижении температуры прослеживается уменьшение плотности. Связано это с тем, что замедляется процесс парообразования и насыщения пара. Молекулы воды теряют энергию и скорость выхода с поверхности воды, а значит перестают насыщать пар.
- При увеличении температуры плотность растет прямо пропорционально. Связано это с увеличением скорости насыщения среды до уровня 100%. При достижении этого уровня, наступает фазовый переход из газообразного состояния в жидкое (конденсация). Фазовый переход обусловлен термодинамическим равновесием между паром и водой. При таком условии, плотность стабилизируется без дальнейшего роста.
Рост и стабилизация плотности с увеличением температуры возможна только до температуры кипения воды. Дальнейший нагрев снижает плотность, так как выпаривает молекулы воды из пара, делая его перегретым.
Таблица зависимости
Зависимость плотности от температуры легко проследить по приведенной таблице:
| Температура °С | Плотность г/м3 |
| -30 | 0,3 |
| -20 | 0,8 |
| -10 | 2,1 |
| -5 | 3,6 |
| 0 | 4,8 |
| 3 | 6 |
| 4 | 6,4 |
| 5 | 6,8 |
| 10 | 9,4 |
| 11 | 10 |
| 12 | 10,6 |
| 13 | 11,3 |
| 14 | 12 |
| 15 | 12,8 |
| 16 | 13,6 |
| 17 | 14,4 |
| 18 | 15,3 |
| 19 | 16,3 |
| 20 | 17,3 |
| 21 | 18,3 |
| 22 | 19,4 |
| 23 | 20 |
| 24 | 21,7 |
| 25 | 23 |
| 30 | 30,4 |
| 35 | 39,6 |
| 40 | 51,2 |
| 45 | 65,4 |
| 50 | 82,8 |
| 55 | 104 |
| 60 | 129 |
| 65 | 160 |
| 70 | 196,4 |
| 75 | 239,3 |
| 80 | 289,7 |
| 85 | 348,7 |
| 90 | 417,3 |
| 95 | 496,4 |
| при 100 градусах Цельсия | 588,5 |
По таблице можно проследить рост плотности от отрицательной к положительной температуре.
Увеличение связано с ростом количества свободных молекул воды, насыщающих пар. При отрицательной температуре низкая плотность связана с кристаллизацией молекул воды и отсутствием конденсации.
Как определить?
Рассмотрим, как рассчитать параметр.
Формула и правила расчета
Для вычисления плотности вещества используется формула:
Выражение состоит из следующих значений:
- «p» — плотность вещества;
- «F» — абсолютная влажность воздуха (г/м3);
- «m» — его масса (грамм-килограмм);
- «V» — занимаемый объем (см3-м3).
Так как у насыщенного пара плотность связана с уровнем влажности, то данный параметр может быть рассчитан с использованием выражения:
Уравнение состоит из:
- «ф» — абсолютная влажность;
- «p» — плотность пара;
- «pо» — плотность насыщения;
- «100%» — относительная влажность.
При использовании формулы стоит учитывать зависимость плотности от температуры и использовать табличные значения этого параметра.
Несколько примеров
Формулу расчета плотности очень просто использовать для решения задач.
Задача:
- Масса водяного пара 250 г.
- Объем пара 300 м3.
- Плотность неизвестна.
Решение:
- P=m/v=грамм/м3.
- P=250/300=0,83 г/м3.
Ответ: плотность насыщенного пара, массой 250 г и объемом 300 м3 составляет 0,83 г/м3.
Задача:
- Масса водяного пара 700 г.
- Объем пара 150 м3.
- Плотность пара в кг/м3 неизвестна.
Решение:
- P=m/v=грамм/м3.
- P=700/150=4,66 г/м3 или 0,0046 кг/м3.
Ответ: плотность насыщенного пара массой 700 г и объемом 150 м3 составляет 0,0046 кг/м3
Где используют знания в жизни?
Знания о плотности насыщенного пара используются в метеорологии и инженерии.
Метеорологи применяют расчет плотности для установления уровня насыщения атмосферы влагой.
Также расчет помогает контролировать испарения естественных источников в разные периоды года и устанавливать скорость испарения при различных температурах.
Инженеры применяют данные знания при проектировании:
- отопительных и охладительных систем,
- вентиляции,
- очистительного оборудования.
Плотность помогает рассчитать оптимальный уровень насыщения системы влагой.
Заключение
Плотность насыщенного пара имеет прямую зависимость от температуры, давления и наличия термодинамического равновесия с исходной водой.
Такая зависимость позволяет рассчитать климатические изменения в разный период, а также решить множество задач при проектировании климатических систем.
А какова Ваша оценка данной статье?
Насыщенный пар
-
Темы кодификатора ЕГЭ: насыщенные и ненасыщенные пары, влажность воздуха.
-
Испарение и конденсация
-
Динамическое равновесие
-
Свойства насыщенного пара
-
Влажность воздуха
Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев
Темы кодификатора ЕГЭ: насыщенные и ненасыщенные пары, влажность воздуха.
Если открытый стакан с водой оставить на долгое время, то в конце концов вода полностью улетучится. Точнее — испарится. Что такое испарение и почему оно происходит?
Испарение и конденсация
При данной температуре молекулы жидкости обладают разными скоростями. Скорости большинства молекул находятся вблизи некоторого среднего значения (характерного для этой температуры). Но попадаются молекулы, скорости которых значительно отличаются от средней как в меньшую, так и большую сторону.
На рис. 1 изображён примерный график распределения молекул жидкости по скоростям. Голубым фоном показано то самое большинство молекул, скорости которых группируются около среднего значения. Красный «хвост» графика — это небольшое число «быстрых» молекул, скорости которых существенно превышают среднюю скорость основной массы молекул жидкости.
Рис. 1. Распределение молекул по скоростям
Когда такая весьма быстрая молекула окажется на свободной поверхности жидкости (т.е. на границе раздела жидкости и воздуха), кинетической энергии этой молекулы может хватить на то, чтобы преодолеть силы притяжения остальных молекул и вылететь из жидкости. Данный процесс и есть испарение, а молекулы, покинувшие жидкость, образуют пар.
Итак, испарение — это процесс превращения жидкости в пар, происходящий на свободной поверхности жидкости (при особых условиях превращение жидкости в пар может происходить по всему объёму жидкости. Данный процесс вам хорошо известен — это кипение).
Может случиться, что через некоторое время молекула пара вернётся обратно в жидкость.
Процесс перехода молекул пара в жидкость называется конденсацией. Конденсация пара — процесс, обратный испарению жидкости.
к оглавлению ▴
Динамическое равновесие
А что будет, если сосуд с жидкостью герметично закрыть? Плотность пара над поверхностью жидкости начнёт увеличиваться; частицы пара будут всё сильнее мешать другим молекулам жидкости вылетать наружу, и скорость испарения станет уменьшаться. Одновременно начнёт увеличиваться скорость конденсации, так как с возрастанием концентрации пара число молекул, возвращающихся в жидкость, будет становиться всё больше.
Наконец, в какой-то момент скорость конденсации окажется равна скорости испарения. Наступит динамическое равновесие между жидкостью и паром: за единицу времени из жидкости будет вылетать столько же молекул, сколько возвращается в неё из пара. Начиная с этого момента количество жидкости перестанет убывать, а количество пара — увеличиваться; пар достигнет «насыщения».
Насыщенный пар — это пар, который находится в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью. Пар, не достигший состояния динамического равновесия с жидкостью, называется ненасыщенным.
Давление и плотность насыщенного пара обозначаются 
и 
. Очевидно, и — это максимальные давление и плотность, которые может иметь пар при данной температуре. Иными словами, давление и плотность насыщенного пара всегда превышают давление и плотность ненасыщенного пара.
к оглавлению ▴
Свойства насыщенного пара
Оказывается, что состояние насыщенного пара (а ненасыщенного — тем более) можно приближённо описывать уравнением состояния идеального газа (уравнением Менделеева — Клапейрона). В частности, имеем приближённое соотношение между давлением насыщенного пара и его плотностью:
(1)
Это весьма удивительный факт, подтверждаемый экспериментом. Ведь по своим свойствам насыщенный пар существенно отличается от идеального газа. Перечислим важнейшие из этих отличий.
1. При неизменной температуре плотность насыщенного пара не зависит от его объёма.
Если, например, насыщенный пар изотермически сжимать, то его плотность в первый момент возрастёт, скорость конденсации превысит скорость испарения, и часть пара конденсируется в жидкость — до тех пор, пока вновь не наступит динамическое равновесие, в котором плотность пара вернётся к своему прежнему значению.
Аналогично, при изотермическом расширении насыщенного пара его плотность в первый момент уменьшится (пар станет ненасыщенным), скорость испарения превысит скорость конденсации, и жидкость будет дополнительно испаряться до тех пор, пока опять не установится динамическое равновесие — т.е. пока пар снова не станет насыщенным с прежним значением плотности.
2. Давление насыщенного пара не зависит от его объёма.
Это следует из того, что плотность насыщенного пара не зависит от объёма, а давление однозначно связано с плотностью уравнением (1).
Как видим, закон Бойля — Мариотта, справедливый для идеальных газов, для насыщенного пара не выполняется. Это и не удивительно — ведь он получен из уравнения Менделеева — Клапейрона в предположении, что масса газа остаётся постоянной.
3. При неизменном объёме плотность насыщенного пара растёт с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры.
Действительно, при увеличении температуры возрастает скорость испарения жидкости.
Динамическое равновесие в первый момент нарушается, и происходит дополнительное испарение некоторой части жидкости. Пара будет прибавляться до тех пор, пока динамическое равновесие вновь не восстановится.
Точно так же при понижении температуры скорость испарения жидкости становится меньше, и часть пара конденсируется до тех пор, пока не восстановится динамическое равновесие — но уже с меньшим количеством пара.
Таким образом, при изохорном нагревании или охлаждении насыщенного пара его масса меняется, поэтому закон Шарля в данном случае не работает. Зависимость давления насыщенного пара от температуры уже не будет линейной функцией.
4. Давление насыщенного пара растёт с температурой быстрее, чем по линейному закону.
В самом деле, с увеличением температуры возрастает плотность насыщенного пара, а согласно уравнению (1) давление пропорционально произведению плотности на температуру.
Зависимость давления насыщенного пара от температуры является экспоненциальной (рис. 2). Она представлена участком 1–2 графика. Эту зависимость нельзя вывести из законов идеального газа.
Рис. 2. Зависимость давления пара от температуры
В точке 2 вся жидкость испаряется; при дальнейшем повышении температуры пар становится ненасыщенным, и его давление растёт линейно по закону Шарля (участок 2–3).
Вспомним, что линейный рост давления идеального газа вызван увеличением интенсивности ударов молекул о стенки сосуда. В случае нагревания насыщенного пара молекулы начинают бить не только сильнее, но и чаще — ведь пара становится больше. Одновременным действием этих двух факторов и вызван экспоненциальный рост давления насыщенного пара.
к оглавлению ▴
Влажность воздуха
Воздух, содержащий водяной пар, называется влажным.Чем больше пара находится в воздухе, тем выше влажность воздуха.
Абсолютная влажность — это парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе (т. е. давление, которое водяной пар оказывал бы сам по себе, в отсутствие других газов). Иногда абсолютной влажностью называют также плотность водяного пара в воздухе.
Относительная влажность воздуха 
— это отношение парциального давления водяного пара в нём к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре. Как правило, это отношение выражают в процентах:
Из уравнения Менделеева-Клапейрона (1) следует, что отношение давлений пара равно отношению плотностей. Так как само уравнение (1), напомним, описывает насыщенный пар лишь приближённо, мы имеем приближённое соотношение:
Одним из приборов, измеряющих влажность воздуха, является психрометр. Он включает в себя два термометра, резервуар одного из которых завёрнут в мокрую ткань. Чем ниже влажность, тем интенсивнее идёт испарение воды из ткани, тем сильнее охлаждается резервуар «мокрого» термометра, и тем больше разность его показаний и показаний сухого термометра. По этой разности с помощью специальной психрометрической таблицы определяют влажность воздуха.
Спасибо за то, что пользуйтесь нашими статьями.
Информация на странице «Насыщенный пар» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам.
Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в ВУЗ или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими материалами из разделов нашего сайта.
Публикация обновлена:
09.03.2023
Таблицы DPVA.ru — Инженерный Справочник
Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: 
главная страница / / Техническая информация / / Рабочие среды / / Водяной пар. Насыщенный пар. Перегретый пар. (хладагент R718 — газовая фаза) / / Свойства насыщенного водяного пара от 0 до 100 бар. Давление насыщенного. Температура кипения (конденсации). Плотность. Объемная масса. Удельная энтальпия воды и пара. Удельная теплота парообразования. Теплоемкость и вязкость пара.
Свойства насыщенного водяного пара от 0 до 100 бар. Вариант для печати.Давление насыщенного пара. Температура кипения (конденсации). Плотность. Объемная масса (обратная плотность). Удельная энтальпия жидкой воды. Удельная энтальпия пара. Удельная теплота парообразования (конденсации). Теплоемкость пара. Динамическая вязкость пара.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос: |
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Коды баннеров проекта DPVA.ru
Начинка: KJR Publisiers
Консультации и техническая
поддержка сайта: Zavarka Team
Free xml sitemap generator
