И упругости насыщения от температуры

Физические свойства льда, воды и водяного пара

В отличие от других газов, составляющих атмосферу, водяной пар при наблюдающихся в атмосфере температурах может изменять свое агрегатное состояние, переходя в жидкое или твердое состояние.

Ледможет находиться в нескольких кристаллических состояниях.

При температуре тройной точки (273.16 К, т.е. 0.16˚С) удельный объем льда равен 1.091см³/г. Удельная теплоемкость льда: с_л= 2.060 Дж/г∙град ≈ 0.505 кал/г∙град.

Вода имеет наименьший удельный объем и наибольшую плотность при температуре 4˚С: v_в = 1 см³/г, ρ_в = 1 г/см³. Практически воду можно считать несжимаемой. При 100˚С v_в =1.043 см³/г.

Удельная теплоемкость воды с_в= 4.1868 Дж/г∙град = 4.1868 ∙10⁷ эрг/г∙град =1 кал/г∙град.

Водяной пар до достижения состояния насыщения близок по свойствам к идеальному газу.

Молярная масса 18.02∙10^-3 кг/моль, удельная газовая постоянная R_n = 461.5 Дж/(кг∙К), а уравнение состояния имеет вид

e= R _n ρ_n T, (2.1)

е и ρ_n – парциальное давлениеи плотность водяного пара при температуре T.

Удельные теплоемкости ненасыщенного водяного пара можно считать независящими от температуры и равными:

с_vп= 1385 м²/с²∙град = 0.331 кал/г∙град;

c_pп = 1846 м²/с²∙град = 0.441 кал/г∙град. (2.2)

Зависимость скрытой теплоты фазового перехода

и упругости насыщения от температуры

Упругость насыщения, или максимальная упругость Е – наибольшее значение упругости водяного пара, возможное при данной температуре. Пока состояние насыщения не достигнуто, происходит процесс испарения воды: количество вылетающих молекул больше количества возвращающихся. При этом упругость водяного пара над жидкостью меньше упругости насыщения: е < E. Если количество возвращающихся молекул больше количества вылетающих, то имеет место процесс конденсации или сублимации (надо льдом), при этом е > E_Л. При любой температуре парциальное давление водяного пара е не может превышать давление насыщенного пара Е.

В природе возможны три пары термодинамических процессов перехода из одного фазового состояния (I) в другое фазовое состояние (состояние II):

вода ↔ водяной пар, лёд ↔ водяной пар, вода ↔ лёд.

При положительных температурах давление насыщенного пара над плоской поверх­ностью дистиллированной воды зависит только от температуры, а при отрицательных температурах оно зависит еще и от фазо­вого состояния испаряющей среды. Давление насыщенного пара над поверхностью льда меньше, чем над поверхностью переохлажденной воды при той же температуре. Так, при температуре –5°С давление насыщенного пара равно 4.21 гПа над пере­охлажденной водой и 4.03 гПа над поверхностью льда. При температуре –10°С оно равно соответственно 2.86 и 2.62 гПа. Объясняется это тем, что силы сцепления между молекулами льда больше, чем между молекулами воды. По­этому при одной и той же тем­пературе число молекул, отрывающихся от поверхности льда, меньше, чем отрываю­щихся от поверхности воды. В связи с этим при одинако­вой температуре насыщение пара надо льдом наступает при меньшем его парциальном давлении, чем над переохлажденной водой, т.е. при меньшей упругости пара надо льдом, чем над поверхностью переохлажденной воды при той же температуре. При температуре 0°С разность значений Е, изме­ренных над льдом и над водой, равна нулю. С понижением температуры она быстро увеличивается, достигает максимума при температуре –12°С и затем снова убывает.