Физические явления

Испарение и конденсация газов

При испытаниях изделий различного назначения приходится иметь дело не только с газами, но и с веществами, находящимися в разных фазовых состояниях - парами и жидкостями.

В вакуумной технике используют ряд жидкостей, которые неизбежно являются источниками паров в вакуумной системе: ртуть, воду, различные масла, смазочные жидкости и др. Всем этим веществам при различных температурах соответствуют определенные давления насыщенных паров, что необходимо учитывать при выборе вакуумных систем.

Фазовый переход из жидкости в пар называется парообразованием, обратный переход - конденсацией или сжижением. Парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости, называется испарением. Испарение жидкости в открытом сосуде может продолжаться до полного ее исчезновения. В закрытом сосуде испарение жидкости продолжается до установления равновесия между массой вещества, находящегося в жидком состоянии, и массой пара. При таком равновесии, называемом динамическим, будут наблюдаться процессы испарения и конденсации, компенсирующие друг друга.

Некоторые молекулы имеют достаточную кинетическую энергию и скорость для преодоления сил притяжения и отрыва от поверхности жидкости

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщающим или насыщенным. Состоянию насыщения, несмотря на продолжающееся испарение, соответствует постоянное давление пара, называемое давлением насыщенного пара.

Давление насыщенных паров жидкостей при 20°С:

В окружающем нас воздухе всегда имеется некоторое количество водяного пара. Масса водяного пара, находящегося в 1 м³ воздуха, называется абсолютной влажностью. Абсолютную влажность можно выражать парциальным давлением водяного пара при данной температуре. С повышением абсолютной влажности пары воды все ближе подходят к состоянию насыщающего пара. Максимальной абсолютной влажностью при данной температуре является масса насыщающего водяного пара, находящегося в 1 м³ воздуха.

Относительной влажностью называется выраженное в процентах отношение абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре.

При определенной температуре, называемой критической, находящиеся в равновесии жидкость и насыщенный пар, являющиеся качественно подобными фазами, переходят в состояние, при котором их свойства, например плотность, становятся тождественными (такое состояние называют критическим). При превышении критической температуры, т. е. наибольшей температуры, при которой возможно существование жидкости в состоянии равновесия с паром, граница между жидкостью и паром исчезает.

Газообразное вещество называется газом, если его температура выше критической, и паром, если температура ниже критической.

Увеличением давления и охлаждением до температуры ниже критической газы можно перевести в жидкое состояние. Таким способом получают сжиженные газы в промышленности.

Если пар находится в состоянии, далеком от насыщения, то к нему можно применять законы, справедливые для идеальных газов. Чем меньше плотность газа, тем точнее его состояние может быть описано газовыми законами. Для насыщенных паров справедливы лишь те газовые законы, которые не связаны с изменением параметров состояния, поэтому законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля к насыщенным парам применять нельзя. В этом случае можно использовать лишь закон Дальтона.

Критические температуры некоторых газов и жидкостей: