При слове "пар", я вспоминаю времена, когда ещё учился в начальных классах. Тогда, приходя из школы домой, родители начинали готовить обед, и ставили кастрюлю с водой на газовую плиту. И уже через десять минут, в кастрюльке начинали появляться первые пузырьки. Этот процесс всегда меня завораживал, мне казалось, что я могу смотреть на это вечно. А потом, через некоторое время после появления пузырьков, начинал идти сам пар. Однажды, я спросил маму: "А откуда идут эти белые тучки?" (Так раньше я их называл). На что она мне отвечала: "Это всё происходит из-за нагрева воды". Хотя ответ и не давал полного представления о процессе возникновения пара, на уроках школьной физики я узнал о паре всё, что хотел. Итак...

Что же есть водяной пар

С научной точки зрения, водяной пар - просто одно из трёх физических состояний самой воды . Он, как известно, возникает при нагревании воды. Как и она сама, пар не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха. Но не все знают, что клубы пара обладают своим давлением, которое зависит от его объёма. А выражается оно в паскалях (в честь небезызвестного учёного).

Водяной пар окружает нас не только, когда мы варим что-нибудь на кухне. Он постоянно содержится в уличном воздухе и атмосфере. И его процент содержания называется "абсолютной влажностью".

Факты о водяном паре и его особенности

Итак, несколько интересных моментов:

• чем выше температура , которая действует на воду, тем быстрее идёт процесс испарения;
• помимо этого, скорость испарения увеличивается с размерами площади поверхности, на которой эта вода находится. Другими словами, если мы начнём нагревать небольшой водный слой на широкой металлической чашке, то испарение пройдет весьма быстро;
• для жизни растений нужна не только жидкая вода, но и газообразная . Объяснить этот факт можно тем, что с листьев любого растения постоянно идут испарения, охлаждающие его. Попробуйте в знойный день потрогать лист дерева – и вы заметите, что он прохладный;
• то же самое касается человека, с нами работает та же система, что и с растениями выше. Испарения охлаждают нашу кожу в жаркий день . Удивительно, но даже при небольших нагрузках, наш организм покидает около двух литров жидкости в час. Что уж тут говорить про усиленные нагрузки и знойные летние деньки?

Вот таким образом можно описать сущность пара и его роль в нашем мире. Надеюсь, вы открыли для себя много интересного!

Вопрос 1. В каких агрегатных состояниях может находиться вода?

1) Твёрдое – лед, 2) Жидкое – вода, 3) Газообразное – пар.

Вопрос 2. Чем отличаются агрегатные состояния друг от друга?

Агрегатное состояние вещества определяется расположением, характером движения и взаимодействия молекул.

Вопрос 3. Могут ли выпадать осадки не из облаков?

Нет, так как осадки – это вода в жидком или твёрдом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земную поверхность и какие-либо предметы.

Вопрос 4. Почему туман возникает чаще либо рано утром, либо вечером?

Он связан с холодным потоком воздуха, который опускается на теплые поверхности суши или воды.

Вопрос 5. Что такое водяной пар?

Водяной пар - это молекулы воды. То есть водяной пар - это газ.

Вопрос 6. Что такое облако?

Облако - это скопление мелких капель воды или кристалликов льда в атмосфере.

Вопрос 7. Какие существуют виды облаков?

Основными видами облаков являются: слоистые, кучевые, перистые.

Вопрос 8. Перечислите виды атмосферных осадков.

Дождь, ливень, морось, снег, туман, град, роса, иней.

Вопрос 9. Всегда ли осадки выпадают из облаков?

Осадки могут выпадать из воздуха в виде инея, росы при соприкосновении теплого воздуха с холодной поверхностью.

Вопрос 10. Что такое влажность воздуха?

Влажность воздуха - это величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли.

Вопрос 11. Как образуется водяной пар?

Водяной пар образуется молекулами воды при её испарении.

Вопрос 12. В чём заключается главная закономерность распределения влаги на поверхности Земли?

Поскольку влажность воздуха зависит от температуры воздуха, то воздух над экватором и над океанами всегда более влажный, чем воздух над полюсами и материками.

Вопрос 13. Почему при прочих равных условиях тёплый воздух содержит больше водяного пара, чем холодный?

Потому что при повышении температуры, процесс испарение ускоряется.

Вопрос 14. В чём заключается суть процесса возникновения тумана?

Туман образуется при конденсации. Под утро поверхность Земли сильно охлаждается. Остывает и воздух над ней. При остывании воздух, как и другие вещества, сжимается. Молекулам водяного пара становится тесно, они сближаются всё сильнее и сильнее. Наконец они начинают сталкиваться друг с другом и образуют мельчайшие капельки. Они так малы, что каждую в отдельности мы не можем видеть, но вместе они образуют туман.

Вопрос 15. При каких условиях в природе происходит конденсация водяного пара?

Конденсация - это превращение водяного пара в капельное (жидкое) состояние. Конденсация происходит при охлаждении воздуха.

Вопрос 16. Чем отличается облако от тучи?

Количество воды в тучах превосходит количество воды в облаках, вследствие чего избыток влаги выпадает в виде различных осадков: дождя, снега или града.

Вопрос 17. Составьте схему классификации осадков на основе текста параграфа.

Вопрос 18. Используя данные, приведённые в таблице, рассчитайте годовое количество осадков.

Количество осадков за год: 10+15+ 20+25+15+10+5+5+15+20+25 +20=185 мм.

Водяной пар

Среди реальных газов особое место занимает водяной пар. Он получил весьма широкое распространение во многих областях техники и используется в качестве теплоносителя в энергетических установках. Водяной пар обычно используется при таких давлениях и температурах, когда его необходимо рассматривать как реальный газ. Получить водяной пар можно двумя способами: при испарении и кипении воды.

Испарением называется процесс образования пара из воды, происходящий только со свободной поверхности. Этот процесс протекает при любой температуре. При испарении с поверхности воды отрываются молекулы, имеющие наибольшую кинетическую энергию, и вылетают в окружающее пространство. В результате над жидкостью образуется водяной пар. Интенсивность процесса испарения возрастает при повышении температуры.

Кипение – это процесс образования водяного пара во всем объеме жидкости. При нагревании до определенной температуры внутри жидкости образуются пузырьки пара, которые, соединяясь между собой, вылетают в окружающее пространство. Для того, чтобы пузырек пара мог образоваться и затем расти, необходимо, чтобы процесс парообразования происходил внутри пузырьков, а это возможно только, если кинетическая энергия молекул воды имеет достаточную для этого величину. Так как кинетическая энергия молекул определяется температурой жидкости, следовательно, кипение при данном внешнем давлении может начаться только при вполне определенной температуре. Такая температура называется температурой кипения или температурой насыщения и обозначается t н. Температура кипения при данном давлении остается постоянной, пока вся жидкость не превратиться в пар.

Пар, образующийся над поверхностью кипящей жидкости, называется насыщенным паром. Насыщенный пар может быть сухим или влажным. Сухим насыщенным паром называется такой пар, который, находясь над поверхностью кипящей жидкости, не содержит взвешенных капелек жидкости. Влажным насыщенным паром, или просто влажным паром, называется механическая смесь сухого насыщенного пара и кипящей жидкости. Характеристикой влажного пара является его степень сухости х. Степенью сухости называется доля сухого насыщенного пара во влажном паре, т.е. отношение массы сухого насыщенного пара во влажном паре к массе влажного пара. Величина 1–х называется степенью влажности или влажностью влажного насыщенного пара, т.е. массовая доля кипящей жидкости во влажном воздухе. Параметрами, полностью определяющими состояние сухого насыщенного пара или кипящей жидкости, являются температура или давление и степень сухости.

Если к сухому насыщенному пару при отсутствии кипящей жидкости подводить тепло при том же давлении, что и давление сухого насыщенного пара, то он будет переходить в перегретый пар. Температура его начнет повышаться. Перегретым паром называется пар, имеющий более высокую температуру при данном давлении, чем сухой насыщенный пар. Температура перегретого пара обозначается буквой t, а разность температур t–t н называют степенью перегрева, или перегревом пара. С ростом перегрева пара его объем будет увеличиваться, будет расти расстояние между молекулами и, следовательно, уменьшаться силы взаимного притяжения, т.е. перегретый пар при высоких степенях перегрева будет приближаться по своим свойствам к идеальному газу. Параметрами, определяющими состояние перегретого пара, будут давление и температура (или удельный объем).

Процесс, обратный парообразованию, т.е. процесс перехода пара в жидкость, называется процессом конденсации.

Водяной пар - рабочее тело в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках, теплоноситель в различных теплообменниках.

Пар - газообразное тело в состоянии, близком к кипящей жидкости.

Парообразование - процесс превращения вещества из жидкого состояния в парообразное.

Испарение - парообразование, происходящее всегда при любой температуре с поверхности жидкости.

При определенной температуре, зависящей от природы жидкости и давления, под которым она находится, происходит парообразование во всей массе жидкости. Этот процесс называется кипением .

Процесс, обратный парообразованию, называется конденсацией . Конденсация, как и парообразование, протекает при постоянной температуре.

Процесс перехода твердого вещества непосредственно в пар называется сублимацией . Обратный процесс перехода пара в твердое состояние называется десублимацией .

При испарении жидкости в ограниченном пространстве (в паровых котлах) одновременно происходит обратное явление - конденсация пара. Если скорость конденсации станет равной скорости испарения, то наступает динамическое равновесие. Пар в этом случае имеет максимальную плотность и называется насыщенным паром .

Если температура пара выше температуры насыщенного пара того же давления, то такой пар называется перегретым .

Разность между температурой перегретого пара и температурой насыщенного пара того же давления называется степенью перегрева .

Так как удельный объем перегретого пара больше удельного объема насыщенного пара, то плотность перегретого пара меньше плотности насыщенного пара. Поэтому перегретый пар является ненасыщенным.

В момент испарения последней капли жидкости в ограниченном пространстве без изменения температуры и давления(то есть когда жидкость перестаёт испаряться) образуется сухой насыщенный пар . Состояние такого пара определяется одним параметром - давлением.

Механическая смесь сухого и мельчайших капелек жидкости называется влажным паром .

Массовая доля сухого пара во влажном паре - степень сухости х :

х=m сп /m вп , (6.7)

где m сп - масса сухого пара во влажном; m вп - масса влажного пара.

Массовая доля у жидкости во влажном паре - степень влажности :

у = 1–x = 1– m сп /m вп = ( m вп – m сп )/m вп . (6.8)

6.4. Характеристики влажного воздуха

Атмосферный воздух, в основном состоящий из кислорода, азота, углекислого газа, всегда содержит некоторое количество водяного пара.

Смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным воздухом . Влажный воздух при данном давлении и температуре может содержать разное количество водяного пара.

Смесь, состоящую из сухого воздуха и насыщенного водяного пара,называют насыщенным влажным воздухом . В этом случае во влажном воздухе находится максимально возможное для данной температурыколичество водяного пара. При охлаждении этого воздуха будет происходить конденсация водяного пара. Парциальное давление водяного пара в этой смеси равно давлению насыщения при данной температуре.

Если влажный воздух содержит при данной температуре водяной пар в перегретом состоянии, то он называется ненасыщенным . Так как в нем находится не максимально возможное для данной температуры количество водяного пара, то он способен к дальнейшему увлажнению. Такой воздух используют в качестве сушильного агента в различных сушильных установках.

По закону Дальтона давление р влажного воздуха есть сумма парциальных давлений сухого воздуха р в и водяного парар п :

р = р в + р п . (6.9)

Максимальное значение p п при данной температуре влажного воздуха представляет собой давление насыщенного водяного пара p н .

Для нахождения парциального давления пара пользуются специальным прибором - гигрометром . С помощью этого прибора определяют точку росы , то есть температуру t p , до которой нужно охладить при постоянном давлении воздух, чтобы он стал насыщенным.

Зная точку росы, можно по таблицам определить парциальное давление пара в воздухе как давление насыщения p н , соответствующее точке росы t p .

Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяных паров, находящихся в 1 м 3 влажного воздуха. Абсолютная влажность равна плотности пара при его парциальном давлении и температуре воздуха t н .

Отношение абсолютной влажности ненасыщенного воздуха при данной температуре к абсолютной влажности насыщенного воздуха при той же температуре называется относительной влажностью воздуха

φ=с п /с н или φ= (с п /с н )·100%, (6.10)

Для сухого воздуха φ =0, для ненасыщенного φ <1, для насыщенного φ =1 (100%).

Рассматривая водяной пар как идеальный газ,можно, по закону Бойля-Мариотта, отношение плотностей заменить отношением давлений. Тогда:

φ=ρ п /ρ н или φ= p п / p н ·100%. (6.11)

Плотность влажного воздуха слагается из масс сухого воздуха и водяных паров, содержащихся в 1 м 3 объёма:

ρ=ρ в +ρ п = p в / (R в T )+φ/ v ′′ . (6.12)

Молекулярную массу влажного воздуха определяют по формуле:

μ =28,95–10,934φ∙ p н / p . (6.13)

Значения p н и v ′′ при температуре воздуха t берут из таблицы водяного пара, φ - по данным психрометра, p - по барометру.

Влагосодержание представляет собой отношение массы пара к массе сухого воздуха:

d=М п /М в , (6.14)

где М п , М в - массы пара и сухого воздуха во влажном воздухе.

Связь между влагосодержанием и относительной влажностью:

d =0,622φ· p н ·/(p - φ· p н ). (6.15)

Газовая постояннаявоздуха:

R =8314/μ =8314/(28,95–10,934·μ· p н / p ). (6.16)

Справедлива также формула:

R = (287+462d )/(1+d ).

Объем влажного воздуха, приходящегося на 1 кг сухого воздуха:

V вл.в = R·T/ p . (6.17)

Удельный обьем влажного воздуха:

v =V вл.в /(1+d ). (6.17a)

Удельная массовая теплоемкость паровоздушной смеси:

с см = с в +d·с п . (6.18)

Вода - самое распространенное на Земле вещество, представляет собой химическое соединение водорода с кислородом. Вода является прекрасным растворителем, и поэтому все природные воды - это растворы, содержащие разнообразные вещества - соли, газы и другие примеси.
Вода и водяной пар получили наибольшее применение в промышленности в качестве рабочего тела и теплоносителя. Это объясняется, в первую очередь, доступностью благодаря распространению воды в природе, а также тем, что вода и водяной пар обладают относительно хорошими термодинамическими характеристиками.
Так, удельная теплоемкость воды выше по сравнению с многими жидкостями и твердыми телами (при повышении температуры до температуры кипения, т. е. в интервале температур 0... 100 °С при атмосферном давлении с = 4,19 кДжДкг-К)). В отличие от других жидких и твердых тел теплопроводность воды с повышением температуры до 120... 140 °С увеличивается в зависимости от давления, а при дальнейшем повышении температуры - уменьшается. Наибольшая плотность воды (1,000 г/см3) достигается при 4 °С. Температура плавления (таяния льда) 0 °С.
Изменение агрегатного состояния воды из жидкого в газообразное называется парообразованием, а из газообразного в жидкое - конденсацией.
Превращение жидкой воды в пар - парообразование - возможно при испарении и при кипении воды.
Испарение воды - процесс парообразования путем отрыва и улетучивания молекул воды с открытой ее поверхности, происходящий при температуре ниже точки кипения при данном давлении. При испарении с поверхности жидкости отрываются и улетают молекулы, обладающие повышенными относительно равновесного значения скоростями движения, вследствие чего средняя скорость движения молекул в массе жидкости снижается и, как следствие, снижается температура всей массы воды.
При подводе теплоты к массе жидкости, т.е. при нагревании воды, ее температура и интенсивность испарения увеличиваются, и наступает момент, соответствующий определенным значениям температуры и давления, когда испарение начинается в объеме воды - вода закипает.
Кипение воды - процесс интенсивного испарения не только на ее свободной поверхности, но и внутри образующихся пузырьков пара, при определенной температуре нагрева воды, называемой температурой кипения. При атмосферном давлении температура кипения составляет приблизительно 100 °С, с повышением давления температура кипения возрастает.
Количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг воды для ее превращения из жидкого состояния в парообразное при температуре кипения, называется скрытой теплотой парообразования г. С повышением давления скрытая теплота парообразования уменьшается (табл. 1.1).

Конденсация - обратный процесс превращения пара в жидкость. Такую жидкость называют конденсатом. Данный процесс сопровождается выделением теплоты. Количество теплоты, выделяющееся при конденсации 1 кг пара, называется теплотой конденсации пара, она численно равна скрытой теплоте парообразования.

Водяной пар - вода в газообразном агрегатном состоянии. Водяной пар, имеющий максимальную плотность при данном давлении, называется насыщенным. Насыщенным является пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкой фазой, т.е. имеющий одинаковые температуру и давление с кипящей водой. Насыщенный водяной пар может быть влажным и сухим. В объеме влажного насыщенного пара в виде мельчайших капелек находится вода, которая образуется при разрыве оболочек паровых пузырьков. Сухой насыщенный пар не содержит капелек воды, он характеризуется температурой насыщения. Свойства насыщенного пара (плотность, удельная теплоемкость и др.) определяются только давлением. Пар, температура которого для определенного давления превышает температуру насыщенного пара, называется перегретым. Разность температур между перегретым и сухим насыщенным паром при том же давлении называется перегревом пара.
Отношение массы сухого насыщенного пара к массе влажного насыщенного пара называется паросодержанием, или степенью сухости пара х. Эта важная характеристика влажного насыщенного водяного пара определяет долю пара в пароводяной смеси, где у - доля жидкости:
X = 1 - у.
Отделение капель воды от пара называется сепарацией, а устройства, предназначенные для этой цели, - сепараторами.
Энтальпия влажного насыщенного пара hx, кДж/кг, выражается через степень сухости следующим образом:
hx= h" + rx,
где h" - энтальпия воды при температуре кипения, кДж/кг.
Таблица 1.1
Свойства воды и сухого насыщенного пара в зависимости от давления

Энтальпия перегретого пара /гпп, кДж/кг: