Как известно, вещества, причем абсолютно любые могут быть в любом состоянии: , твердое, жидкое, в фазе или даже в нескольких состояниях. На это влияет в первую очередь внешний фактор давления и температуры. В таким веществам относится вода и водяной пар, наблюдение за которыми достаточно интересны. Если происходит явление перехода вещества из одного состояния в другое, этот процесс называется переходом из одной фазы в другую или фазовым переходом, что отслеживает диаграмма. Понятие фазового превращения относится к идентичному понятию и означает то же самое. У веществ в разных фазах агрегатного состояния имеются разные свойства, особенно это касается плотности вещества. Различаются они благодаря молекулярному взаимодействию.
Видоизменения фаз
Видоизменение твердого состояния до состояния жидкого имеет название плавление. Смена жидкой фазы на газообразную представляет собой испарение. Если же вещество из твердого переходит в газообразное – этот процесс называется сублимацией. Если говорить об обратных процессах, то следует знать о таких процессах как: затвердевание, кристаллизация, и де — сублимация.
Водой или по-другому оксидом водорода называют химическую формулу H2O. Это молекула, состоящая из трех атомов, два водорода и один кислорода. Соединяются они ковалентной связью. Вода в своем нормальном представлении является жидкостью, которая абсолютно прозрачная, не пахнет и не имеет никаких вкусовых свойств. Как показывает диаграмма, в газообразном состоянии вода переходит в фазу водяного пара. Она покрывает более 70% нашей планеты и представлена в озерах, реках, морях, океанах и т.д. Подразделяется на пресноводную и соленую, причем второй вариант не пригоден для питья. Ее роль настолько важна, что жизнь без воды просто не может существовать, от нее зависят погодные условия и климатические пояса планеты.
Водяной пар, как газообразное состояние воды, тоже не имеет цвета, ничем не пахнет и безвкусен. Пары воды находятся в тропосфере и образуются при . Поступая в воздушные массы водяной пар, создает определенное давление, называемое парциальным. Давление газа измеряется паскалями и способно перейти в следующую фазу кристаллизация или образование льда. Газообразное состояние воды встречается в естественной среде. В своем количестве пар может изменяться в воздухе, максимальное содержание доходит до 4 %. Водяной пар не видно, но его можно представить как конденсация в виде тумана, дыхания, когда выходишь на холод или когда кипит вода в кастрюле. Водяной пар в равновесии определяет важную характеристику влажность.
Процесс парообразования – это и есть процесс получения пара, и он образован кипением и испарением. Когда происходит испарение, пар появляется на поверхностном слое, кипение вызывает образование пузырьковой поверхности, которые вырываются снизу вверх. Кипение происходит при определенной температуре и на своем пике остается в неизменной температуре. При таком процессе выделяется насыщенный пар, который бывает сухой и влажный. Сухой не содержит в себе водяных капелек, а влажный содержит. Без водяного пара не происходит круговорота воды в природе. Водяной пар в повседневности много где встречается, например, когда вы гладите утюгом или находитесь в бане. Именно потому, что пар бесцветен и не имеет цвета и запаха он нашел применение в человеческой жизнедеятельности. Даже в решении глобальных вопросов пар нашел свое применение, и ярким примером этого стала такая техника как паровоз.
Использование водяного пара
Сегодня пар тоже используется, он нашел свое применение в хозяйственной и производственной сфере деятельности:
— в лечении, например в ингаляторах;
— для пожаротушения;
— паровой котел, отпариватель, автоклав, реакторы и многое другое;
— паровые машины;
— сельское хозяйство;
— промышленность и деревообрабатывающее производство.
Термодинамические свойства
Вода и водяной пар являются телами, активно работающими, например, в паровой турбине. Свойства полностью зависят от конструкции и остальных элементов турбины. С точки зрения свойств воды, она почти не сжимается и если изменить ее давление, то не изменится удельный объем и будет равен от 10-3 м3/кг. При нагревании энтальпия начинает пропорционально меняться. Нагревание в открытом сосуде вызывает поверхностный пар, поднимающийся кверху. Молекулы воды разрывают свои связи, и расходуется теплота, происходит испарение. Влажный пар представлен в виде сухого пара и насыщенного пузырьками воды пара. Еще совсем недавно для паровой турбины использовали перегретый пар, который в турбине расширялся и становился влажным. Законы смешения определяют термодинамические свойства пара.
Диаграмма водяного пара
Чтобы отследить процесс наглядно, придумана диаграмма водяного пара, которая стала отличной заменой многочисленным таблицам и может определять величины в равновесии. Диаграмма составляется по таблице и не может быть точнее, ведь в таблице показатели идентичны, просто перенесены в виде определенного графика. Анализировать турбины лучше всего по T, s диаграмме, где осью абсцисс определена энтропия, а ординатой абсолютная температура. Линии по горизонтали на диаграмме обозначены изотермами, линии вертикальные называются изоэнтропами. Рассчитать анализ и работу турбины лучше всего подходит h, s –диаграмма. То, что в диаграмме выделено жирной линией обозначает сухой пар.
Жидкость — газ
Вызывает большой рост температуры, который постоянно увеличивается при нагревании, пока не достигнет максимальной точки. Выделяется огромное количество тепла, чтобы произошел этот процесс. Если газ начинает охлаждаться, его температура постепенно понижается и при пиковой точке через теплоту парообразования газ возвращается в жидкое состояние. Пар может превратиться в воду только при потере тепла. Например, при кипении воды на кухне на стекле образуется пар, и окна запотевают, как только помещение начнет терять температуру, пар теряется в равновесии и капельками скапливается на подоконнике.
Даже тело человека более чем на 60% состоит из воды, она участвует в биохимических реакциях. Вода выводит из организма вредные вещества и яды, регулирует температуру тела человека. Вода относится к главному источнику энергетических ресурсов, используется в ГЭС и превращает механическую энергию воды в электричество. Ученые почти всех стран занимались исследованием воды, проводили опыты и лабораторные работы. Пар – жидкость в равновесии это такое состояние, когда два вещества находятся в фазе газовая, а испарение равно скорости образования конденсата. Одним словом, это система превращения пар-вода. Теория равновесия достигается даже в относительно замкнутом состоянии, когда происходит контакт воды и паров без вмешательства. В 2011 году было открыто гигантское облако пара, и ученые Гарвард-Смитсоновского центра сделали доклад по описанию явления. Однозначно вода есть и в других галактиках, так как главными ее составляющими являются водород и кислород.
Вода - это самое удивительное вещество на Земле. Именно ей мы обязаны жизнью, так как она участвует во всех процессах жизнедеятельности. Вода обладает самыми необычными свойствами, и еще не все из них ученым удалось объяснить. Например, выяснилось, что она обладает памятью и может реагировать на разные слова. А самое известное свойство воды - это то, что она - единственное вещество, которое может находиться во всех трех агрегатных состояниях. Жидкое - это, собственно, вода, твердое - это лед. Газообразное состояние воды мы можем наблюдать постоянно в виде пара, тумана или облаков. Обычный человек не задумывается о том, что это все вода, он привык называть этим словом только жидкость. Многие даже не знают, как называется газообразное состояние воды. Но именно эта ее особенность обеспечивает жизнь на Земле.
Значение воды
Эта удивительная влага занимает около 70% поверхности Земли. Кроме того, ее можно встретить на огромной глубине - в толще земной коры и высоко в атмосфере. Вся масса воды в виде жидкости, льда и пара называется гидросферой. Она жизненно важна для всех форм жизни на Земле. Именно под влиянием воды формируется климат и погода во всем мире. А существование жизни зависит от ее способности переходить из одного агрегатного состояния в другое. Эта ее особенность обеспечивает круговорот воды в природе. Особое значение имеет вода в газообразном состоянии. Это ее свойство помогает перенести большие массы влаги на огромные расстояния. Ученые подсчитали, что Солнце испаряет за минуту с поверхности Земли миллиард тонн воды, которая в переносится на другое место, а потом проливается дождем.
Газообразное состояние воды
Особенностью воды является то, что ее молекулы способны при колебании температуры изменять характер связи друг с другом. Основные свойства ее при этом не меняются. Если нагревать воду, ее молекулы начинают двигаться быстрее. Те, которые соприкасаются с воздухом, разрывают свои связи и смешиваются с его молекулами. Вода в газообразном состоянии сохраняет все свои качества, но приобретает также свойства газа. Ее частицы находятся на большом расстоянии друг от друга и интенсивно двигаются. Чаще всего такое состояние называют водяным паром. Это бесцветный прозрачный газ, который при определенных условиях опять превратится в воду. Он повсеместно распространен на Земле, но чаще всего его не видно. Примеры воды в газообразном состоянии - туман или образующийся при кипении жидкости. Кроме того, она везде находится в составе воздуха. Ученые заметили, что при его увлажнении дышать становится легче.
Каким бывает пар?
Чаще всего вода переходит в газообразное состояние при изменении температуры. Обычный пар, который всем знаком, образуется при кипении. Именно это беловатое горячее облако мы и называем водяным паром. Когда жидкость при нагревании достигает а при обычном давлении это происходит при 100°, молекулы ее начинают интенсивно испаряться. Попадая на более холодные предметы, они конденсируются в виде капелек воды. Если нагревается большое количество жидкости, то в воздухе образуется насыщенный пар. Это состояние, когда газ и вода сосуществуют, потому что скорость одинакова. В том случае, когда в воздухе присутствует много водяного пара, говорят о его повышенной влажности. При понижении температуры такой воздух интенсивно конденсирует влагу в виде капелек росы или тумана. Но для образования тумана мало особых условий температуры и влажности. Нужно, чтобы в воздухе находилось определенное количество пылинок, вокруг которых и конденсируется влага. Поэтому в городах туманы из-за пыли образуются чаще.
Переход воды из одного состояния в другое
Процесс образования пара называется парообразованием. Его наблюдает каждая женщина при приготовлении пищи. Но существует и обратный процесс, когда газ превращается обратно в воду, оседая на предметах в виде мельчайших капелек. Это называется конденсацией. Каким же образом чаще всего происходит парообразование? В естественных условиях этот процесс называется испарением. Вода испаряется постоянно под воздействием солнечного тепла или ветра. Искусственно образование пара можно вызвать с помощью кипения воды.
Испарение
Это процесс, когда получается газообразное состояние воды. Он может быть естественным или ускоренным с помощью различных приспособлений. Испаряется вода постоянно. Это ее свойство люди издавна использовали для просушки белья, посуды, дров или зерна. Любой мокрый предмет постепенно высыхает благодаря испарению влаги с его поверхности. Молекулы воды в своем движении одна за другой отрываются и смешиваются с молекулами воздуха. Путем наблюдений люди поняли, как можно ускорить этот процесс. Для этого даже были созданы различные приспособления и приборы.
Как ускорить испарение?
1. Люди заметили, что быстрее этот процесс протекает при высокой температуре. Например, летом мокрая дорога высыхает моментально, чего не скажешь об осени. Поэтому сушат предметы люди в более теплых местах, а в последнее время созданы специальные сушилки с подогревом. А в морозную погоду испарение тоже происходит, но очень медленно. Это свойство используют для просушки ценных
древних книг и рукописей, помещая их в специальные морозильные камеры.
2. Испарение происходит быстрее, если площадь соприкосновения с воздухом большая, например из тарелки вода исчезнет быстрее, чем из банки. Это свойство используют при сушке овощей и фруктов, нарезая их тонкими ломтиками.
3. Еще люди заметили, что высыхают предметы быстрее под воздействием ветра. Это происходит потому, что потоком воздуха уносятся молекулы воды, и они не имеют возможности опять конденсироваться на этом предмете. Эта особенность была использована при создании фена и воздушных сушилок для рук.
Свойства воды в газообразном состоянии
Водяной пар в большинстве случаев невидим. Но при высокой температуре, когда воды испаряется сразу много, его можно заметить в виде белого облака. То же самое происходит и в холодном воздухе, когда молекулы воды конденсируются в виде мельчайших капелек, которые мы и замечаем.
Вода в газообразном состоянии может растворяться в воздухе. Тогда говорят, что повысилась его влажность. Существует предельно возможная концентрация водяного пара, которую называют «точкой росы». Выше этого предела происходит конденсация ее в виде тумана, облаков или капелек росы.
Молекулы воды в газообразном состоянии двигаются очень быстро, занимая большой объем. Особенно это заметно при высокой температуре. Поэтому можно наблюдать, как при кипении у чайника прыгает крышка. Это же свойство приводит к тому, что при горении дров слышен треск. Это испаряющаяся вода разрывает волокна древесины.
Водяной пар обладает упругостью. Он способен сжиматься и расширяться при изменении температуры.
Применение свойств водяного пара
Все эти свойства давно изучены людьми и используются для бытовых и промышленных нужд.
- Впервые газообразное состояние воды применили в Много лет это была единственная возможность приводить в движение транспорт и машины в промышленности. Паровые турбины используются и сейчас, а в транспортных средствах бензиновый двигатель уже давно вытеснил паровой. И теперь паровоз можно увидеть только в музеях.
- Повсеместно и давно пар применяют в кулинарии. Приготовление мяса или рыбы на пару делает их нежными и полезными для всех.
- Горячий пар используется также для обогрева домов и процессов в промышленности. очень эффективно и быстро завоевало популярность у населения.
- Газообразное состояние воды используется сейчас в огнетушителях специальной конструкции, которые применяются для тушения нефтепродуктов и других горючих жидкостей. Нагретый пар перекрывает доступ воздуха к очагу возгорания, прекращая горение.
- В последние годы стали использовать газообразное состояние воды для ухода за одеждой. Специальные отпариватели не только разгладят деликатные вещи, но и выведут некоторые пятна.
- Очень эффективно использование водяного пара для стерилизации предметов и медицинских инструментов.
Когда водяной пар вреден?
Есть на Земле и такие места, где вода в газообразном состоянии находится почти всегда. Это долины гейзеров и окрестности действующих вулканов. Находиться человеку в такой атмосфере невозможно. Там тяжело дышать, а повышенная влажность препятствует испарению влаги с кожи, что может привести к перегреву. Также можно сильно обжечься тем паром, который образуется при кипении воды. А туманы могут снижать видимость, приводя к авариям. Но во всех остальных случаях свойство воды переходить в газообразное состояние используется человеком себе на благо.
В данном материале мы рассмотрим Водяной пар , который является газообразным состоянием воды.
Газообразное состояние относится к трем основным агрегатным состояниям воды, встречающихся в природе в естественных условиях. Детально этот вопрос рассмотрен в материале Агрегатные состояния воды .
Водяной пар
Чистый водяной пар не имеет ни цвета, ни вкуса. Наибольшее скопление пара наблюдается в тропосфере.
Водяно́й пар — вода, содержащаяся в атмосфере в газообразном состоянии. Количество водяного пара в воздухе сильно меняется; наибольшее его содержание – до 4 %. Водяной пар невидим; то, что называют паром в быту (пар от дыхания на холодном воздухе, пар от кипения воды и т. п.), – это результат конденсации водяного пара, как и туман. Количество водяного пара определяет важнейшую для состояния атмосферы характеристику – влажность воздуха.
География. Современная иллюстрированная энциклопедия. - М.: Росмэн. Под редакцией проф. А. П. Горкина. 2006.
Как образуется водяной пар
Водяной пар образуется в результате «парообразования». Парообразование происходит в результате двух процессов – испарения или кипения. При испарении пар образуется только на поверхности вещества, при кипении же пар образуется по всему объему жидкости, о чем и свидетельствуют пузырьки, активно поднимающиеся вверх во время процесса кипения. Кипение воды происходит при температурах которые зависят от химического состава водного раствора и атмосферного давления, температура кипения остается неизменной на протяжении всего процесса. Пар , образующийся в результате кипения, называется насыщенным. Насыщенный пар в свою очередь подразделяется на насыщенный сухой и насыщенный влажный пар. Насыщенный влажный пар состоит из взвешенных капелек воды, температура которых находится на уровне кипения, и соответственно самого пара, а насыщенный сухой пар не содержит капелек воды.
Так же существует «перегретый пар», который образуется при дальнейшем нагреве влажного пара, этот вид пара обладает более высокой температурой и более низкой плотностью.
Водяной пар является незаменимым элементом такого важного для нашей планеты процесса как Круговорот воды в природе .
С паром мы постоянно сталкиваем в ежедневной жизни, он появляется — над носиком чайника при кипении воды, при глажке, при посещении бани… Однако не забывайте, что, как мы уже отмечали выше, чистый водяной пар не имеет ни цвета, ни вкуса. Благодаря своим физическим свойствам и качествам, пар уже давным-давно нашел свое практическое применение в хозяйственной деятельности человека. И не только в быту, но и при решении больших глобальных задач. Долгое время пар был главной движущей силой прогресса как в прямом так и в переносном смысле этого выражения. Он использовался как рабочее тело паровых машин, самой известной из которых является ПАРОВОЗ.
Использование пара человеком
Пар и в наше время широко используется в хозяйственных и производственных нуждах:
- в целях гигиены;
- в лечебных целях;
- для тушения пожаров;
- используются тепловые свойства пара (пар как теплоноситель) – паровые котлы; паровые рубашки (автоклавов и реакторов); разогрев «смерзающихся» материалов; теплообменники; отопительные системы; пропарка бетонных изделий; в особого рода теплообменниках … ;
- используют трансформацию энергии пара в движение – паровые машины … ;
- стерилизация и дезинфекция – пищевая промышленность, сельское хозяйство, медицина … ;
- пар как увлажнитель — в производстве железобетонных изделий; фанеры; в пищевой промышленности; в химической и парфюмерной промышленности; в деревообрабатывающих производствах; в сельскохозяйственном производстве … ;
Подводя итоги, отметим, что, несмотря на всю свою «незаметность», водяной пар является не только важным элементом глобальной эко-системы Земли, но так же и весьма полезным веществом для хозяйственной и экономической деятельности человека.
Страница 1
Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу путем испарения с водных поверхностей, с влажной почвы и путем транспирации растений, при этом в разных местах и в разное время он поступает в различных количествах. От земной поверхности он распространяется вверх, а воздушными течениями переносится из одних мест Земли в другие.
В атмосфере может возникать состояние насыщения. В таком состоянии водяной пар содержится в воздухе в количестве, предельно возможном при данной температуре. Водяной пар при этом называют насыщающим (или насыщенным), а воздух, содержащий его, насыщенным.Состояние насыщения обычно достигается при понижении температуры воздуха. Когда это состояние достигнуто, то при дальнейшем понижении температуры часть водяного пара становится избыточной и конденсируется, переходит в жидкое или твердое состояние. В воздухе возникают водяные капельки и ледяные кристаллики облаков и туманов. Облака могут снова испаряться; в других случаях капельки и кристаллики облаков, укрупняясь, могут выпадать на земную поверхность в виде осадков. Вследствие всего этого содержание водяного пара в каждом участке атмосферы непрерывно меняется.
С водяным паром в воздухе и с его переходами из газообразного состояния в жидкое и твердое связаны важнейшие процессы погоды и особенности климата. Наличие водяного пара в атмосфере существенно сказывается на тепловых условиях атмосферы и земной поверхности. Водяной пар сильно поглощает длинноволновую инфракрасную радиацию, которую излучает земная поверхность. В свою очередь и сам он излучает инфракрасную радиацию, большая часть которой идет к земной поверхности. Это уменьшает ночное охлаждение земной поверхности и тем самым также нижних слоев воздуха. На испарение воды с земной поверхности затрачиваются большие количества тепла, а при конденсации водяного пара в атмосфере это тепло отдается воздуху. Облака, возникающие в результате конденсации, отражают и поглощают солнечную радиацию на ее пути к земной поверхности. Осадки, выпадающие из облаков, являются важнейшим элементом погоды и климата. Наконец, наличие водяного пара в атмосфере имеет важное значение для физиологических процессов.
Влагосодержание воздуха, прежде всего, зависит от того, сколько водяного пара попадает в атмосферу путем испарения с земной поверхности в том же районе. Естественно, что над океанами оно больше, чем над материками, так как испарение с поверхности океана не ограничено запасами воды. В то же время в каждом месте влагосодержание зависит и от атмосферной циркуляции: воздушные течения приносят в данный район воздушные массы более влажные или более сухие из других областей Земли. Наконец, для каждой температуры существует состояние насыщения, т. е. существует некоторое предельное влагосодержание, которое не может быть превзойдено. Для разных целей применяются еще три характеристики влажности. Во-первых, это точка росы τ, т. е. та температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар мог бы насытить воздух. Так, например, если при температуре воздуха +27° упругость пара в нем 23,4 мб, то такой воздух не является насыщенным. Для того чтобы он стал насыщенным, нужно было бы понизить его температуру до +20°. Вот эта последняя величина +20° и является в данном случае точкой росы для воздуха. Очевидно, что, чем меньше разница между фактической температурой и точкой росы, тем ближе воздух к насыщению. При насыщении точка росы равна фактической температуре.
Другая характеристика называется отношением смеси. Отношение смеси есть содержание водяного пара в граммах на килограмм сухого воздуха. Эта величина мало отличается от удельной влажности.
Третья характеристика - дефицит влажности, т. е. разность между упругостью насыщения E при данной температуре воздуха и фактической упругостью е пара в воздухе: d=E - е. Иначе говоря, дефицит влажности характеризует, сколько водяного пара недостает для насыщения воздуха при данной температуре. Выражается он в миллиметрах ртутного столба или в миллибарах.
Для окружающей нас природы водяной пар имеет огромное значение. Он присутствует в атмосфере, используется в технике, служит неотъемлемой составной частью процесса происхождения и развития жизни на Земле.
В учебниках физики говорится, что водяной пар - это Его может наблюдать каждый, поставив чайник на огонь. Через некоторое время из его носика начинает вырываться струя пара. Обусловлено такое явление тем, что вода может находиться в разных, как определяют физики, агрегатных состояниях - газообразном, твердом, жидком. Такие свойства воды и объясняют ее всеобъемлющее присутствие на Земле. На поверхности - в жидком и твердом состоянии, в атмосфере - в газообразном.
Такое свойство воды и последовательный переход ее в разные состояния создают в природе. Жидкость испаряется с поверхности, поднимается в атмосферу, переносится в другое место в виде водяного пара и там выпадает в виде дождя, обеспечивая необходимой влагой новые места.
По сути дела, работает своеобразная паровая машина, источником энергии для которой является Солнце. При рассмотренных процессах водяной пар дополнительно обогревает планету благодаря отражению им теплового излучения Земли обратно к поверхности, вызывая парниковый эффект. Если бы не было такой своеобразной «подушки», то температура на поверхности планеты была бы на 20°С ниже.
В качестве подтверждения изложенного можно вспомнить о солнечных днях зимой и летом. В теплое время года высокая, и атмосфера, как в парнике, согревает Землю, зимой же в солнечную погоду бывают порой самые значительные холода.
Как и все газы, водяной пар обладает определенными свойствами. Одним из параметров, определяющим таковые, будет плотность водяного пара. По определению, это количество водяного пара, содержащегося в одном кубическом метре воздуха. По сути, так определяется последнего.
Количество в воздухе воды постоянно меняется. Оно зависит от температуры, от давления, местности. Содержание влаги в атмосфере - чрезвычайно важный для жизни параметр, и за ним постоянно наблюдают, для чего пользуются специальными приборами - гигрометром и психрометром.
Изменение влажности вызвано тем, что содержание воды в окружающем пространстве изменяется из-за процессов испарения и конденсации. Конденсация - это явление, обратное испарению, в данном случае пар начинает превращаться в жидкость, и она выпадает на поверхность.
При этом в зависимости от окружающей температуры может образоваться туман, роса, иней, гололед.
Когда теплый воздух, воды, соприкасается с холодной землей, образуется роса. В зимнее время, при отрицательных температурах, будет образовываться иней.
Немного другой эффект происходит, когда приходит холодный, или начинает охлаждаться нагретый за день воздух. В этом случае образуется туман.
Если температура поверхности, на которую конденсируется пар, отрицательная, то возникает гололед.
Таким образом, многочисленные природные явления, такие, как туман, роса, иней, гололед, обязаны своим образованием водяному пару, содержащемуся в атмосфере.
В этой связи стоит упомянуть об образовании облаков, которые тоже самым непосредственным образом участвуют в формировании погоды. Вода, испаряясь с поверхности и превращаясь в водяной пар, поднимается вверх. При достижении высоты, где начинается конденсация, она превращается в жидкость, и происходит образование облаков. Они могут быть нескольких типов, но в свете рассматриваемого вопроса важно, что они участвуют в создании парникового эффекта и переносе влаги в новые места.
В изложенном материале показано, что собой представляет водяной пар, описано его влияние на жизненные процессы, происходящие на Земле.
Загрузка...
