Влажность, испарение и кипячение

Физика > Влажность, испарение и кипячение

Количество водяного пара в воздухе выступает результатом испарения или кипения, чтобы прийти к балансу.

Задача обучения

• Выяснить, почему вода кипит при температуре 100°C.

Основные пункты

• Относительная влажность – часть водяного пара в газе в соотношении с величиной насыщения.
• Кинетическая энергия молекулы выступает пропорциональной к температурной отметке, поэтому испарение осуществляется быстрее при более высоких температурах.
• Паровое давление растет с температурой, потому что молекулярная скорость повышается при росте температурного показателя.
• Вода кипит при 100°C, потому что паровое давление превосходит на этой отметке атмосферное.

Термины

• Влажность – количество водяного пара в воздухе.
• Давление газа – давление, создаваемое паром.
• Равновесие – положение тела в состоянии покоя или равномерном перемещении, из-за чего все силы приравниваются к нулю.

Пример

Нам удается сберечь прохладу в зной из-за процесса испарения пота из кожи и воды из дыхательных путей. Испарение сопровождается высокой влажностью, поэтому мы ощущаем себя более горячими. Низкая влажность может привести к сушке слизистых оболочек и риску респираторных инфекций.

Обзор

Относительная влажность характеризует количество водяного пара в воздухе в соотношении с максимальным показателем. При наибольшем показателе наступает насыщение, а относительная влажность достигает 100%, где испарение ингибируется. Количество водяного пара, удерживаемого воздухом, основывается на температуре.

Относительная влажность повышается вечером, потому что температура воздуха падает. При температурных показателях точки росы она достигает 100%. Иногда капли конденсируются, и образуется туман. Если же нужно что-то высушить, то используют горячий воздух.

Испарение

Емкость воздуха для сохранения водяного пара основывается на давлении. Пар выделяется при жидком и твердом состояниях, потому что некоторые молекулы обладают достаточно высоким скоростным показателем для трансформации в газ. Чтобы произошел процесс испарения, молекулам нужно находиться возле поверхности, перемещаться в верном направлении и обладать необходимым запасом кинетической энергии для преодоления межмолекулярных сил в жидком состоянии. Если этим условиям отвечает небольшая часть молекул, то скорость испарения низкая.

Когда контейнер прикрыт крышкой, испарение происходит с увеличением давления, пока не создастся необходимое количество пара для конденсации, чтобы достичь баланса. Давление растет с температурой.

Молекулы ускоряются, а оставшиеся наделены низкими показателями средней кинетической энергии. Этот процесс именуют испарительным охлаждением. Поэтому пот помогает организму сбросить температуру.

Применение в кипящей воде

Почему вода закипает при 100°C? Давление на этом этапе составляет 1.01 х 10⁵ Па (1 атм). С такими показателями жидкость способно испаряться без препятствий. Тогда откуда берутся пузырьки? Дело в том, что в воде вмещается большое количество растворенного воздуха и прочих примесей, которые в стакане заметны в виде пузырьков.

Если пузырь расположен в нижней части сосуда при 20 °C, то вмещает водяной пар (2.3%). Давление фиксируется на отметке 1 атм. С ростом температуры количество воздуха в пузыре не меняется, но водяной пар увеличивается. Пузырю приходится увеличиваться, чтобы поддерживать указанное давление. С ростом пузыря увеличивается и плавучая сила, из-за чего он поднимается наверх и создается кипение. Теперь вы знаете, какая температура кипения воды.

(а) – Воздушный пузырь начинает насыщаться водяным паром при 20°C. (b) – По мере роста температурной отметки водяной пар проникает в пузырь, потому что давление также увеличивается. Пузырь расширяется, чтобы поддержать давление в 1 атм. При 100°C водяной пар свободным потоком проникает в пузырь. Так как давление пара в воде превосходит парциальное в пузыре, он отрывается и поднимается

---