أثناء التبخر، بالتزامن مع انتقال الجزيئات من السائل إلى البخار، تحدث العملية العكسية أيضًا. تتحرك بشكل عشوائي فوق سطح السائل، وتعود بعض الجزيئات التي تركته إلى السائل مرة أخرى.

ضغط البخار المشبع.

عندما مضغوط بخار مشبع، التي يتم الحفاظ على درجة حرارتها ثابتة، سيبدأ التوازن أولاً في الانزعاج: ستزداد كثافة البخار، ونتيجة لذلك، سينتقل عدد أكبر من الجزيئات من الغاز إلى السائل مقارنة بالسائل إلى الغاز؛ سيستمر هذا حتى يصبح تركيز البخار في الحجم الجديد هو نفسه، بما يتوافق مع تركيز البخار المشبع عند درجة حرارة معينة (ويتم استعادة التوازن). ويفسر ذلك حقيقة أن عدد الجزيئات التي تخرج من السائل لكل وحدة زمنية يعتمد فقط على درجة الحرارة.

لذلك، فإن تركيز جزيئات البخار المشبع عند درجة حرارة ثابتة لا يعتمد على حجمه.

بما أن ضغط الغاز يتناسب مع تركيز جزيئاته، فإن ضغط البخار المشبع لا يعتمد على الحجم الذي يشغله. ضغط ص 0تسمى الحالة التي يكون فيها السائل في حالة اتزان مع بخاره ضغط البخار المشبع.

عند ضغط البخار المشبع، يتحول معظمه إلى سائل. يشغل السائل حجمًا أصغر من حجم البخار الذي له نفس الكتلة. ونتيجة لذلك، يتناقص حجم البخار عند كثافة ثابتة.

اعتماد ضغط البخار المشبع على درجة الحرارة.

بالنسبة للغاز المثالي، الاعتماد الخطيالضغط مقابل درجة الحرارة عند حجم ثابت. يطبق على البخار المشبع مع الضغط ص 0يتم التعبير عن هذا الاعتماد بالمساواة:

ص 0 =نكت.

نظرًا لأن ضغط البخار المشبع لا يعتمد على الحجم، فهو يعتمد فقط على درجة الحرارة.

الاعتماد المحدد تجريبيا ص 0 (ت)يختلف عن التبعية ( ص 0 =نكت) للغاز المثالي.

مع زيادة درجة الحرارة، يزداد ضغط البخار المشبع بشكل أسرع من ضغط الغاز المثالي (قسم المنحنى أ.بعلى الصورة). يصبح هذا واضحًا بشكل خاص إذا رسمنا خطًا متساويًا عبر هذه النقطة أ(خط متقطع). ويحدث ذلك لأنه عند تسخين السائل يتحول جزء منه إلى بخار، وتزداد كثافة البخار. لذلك، وفقا للصيغة ( ص 0 =نكت)، يزداد ضغط البخار المشبع ليس فقط نتيجة لزيادة درجة حرارة السائل، ولكن أيضًا بسبب زيادة تركيز جزيئات (كثافة) البخار. يتمثل الاختلاف الرئيسي في سلوك الغاز المثالي والبخار المشبع في التغير في كتلة البخار مع تغير درجة الحرارة عند حجم ثابت (في وعاء مغلق) أو مع تغير الحجم عند درجة حرارة ثابتة. لا شيء من هذا القبيل يمكن أن يحدث مع الغاز المثالي (لا تنص النظرية الحركية الجزيئية للغاز المثالي على انتقال طوري للغاز إلى سائل).

بعد تبخر السائل بأكمله، سيتوافق سلوك البخار مع سلوك الغاز المثالي (القسم شمسالمنحنى في الشكل أعلاه).

بخار غير مشبع.

إذا كان من الممكن أن يحدث مزيد من التبخر لهذا السائل في مكان يحتوي على بخار سائل، فإن البخار الموجود في هذا الفضاء يكون غير مشبعة.

يسمى البخار الذي لا يكون في حالة توازن مع سائله غير مشبع.

علبة بخار غير مشبع ضغط بسيطتتحول إلى سائل. وبمجرد بدء هذا التحول، يصبح البخار المتوازن مع السائل مشبعًا.

في هذا الدرس، سوف نقوم بتحليل خصائص غاز محدد إلى حد ما - البخار المشبع. سوف نحدد هذا الغاز، ونشير إلى كيفية اختلافه بشكل أساسي عن الغازات المثالية التي تناولناها سابقًا، وبشكل أكثر تحديدًا، كيف يختلف اعتماد ضغط الغاز المشبع. أيضًا في هذا الدرس سيتم النظر في عملية الغليان ووصفها.

لفهم الاختلافات بين البخار المشبع والغاز المثالي، عليك أن تتخيل تجربتين.

أولاً، لنأخذ وعاءً محكم الغلق به ماء ونبدأ بتسخينه. مع ارتفاع درجة الحرارة، فإن جزيئات السائل لها زيادة الطاقة الحركية، وهذا كل شيء كمية كبيرةيمكن للجزيئات الهروب من السائل (انظر الشكل 2)، وبالتالي، سيزداد تركيز البخار، وبالتالي ضغطه. إذن الموقف الأول:

يعتمد ضغط البخار المشبع على درجة الحرارة

أرز. 2.

ومع ذلك، فإن هذا الحكم متوقع تمامًا وليس مثيرًا للاهتمام مثل ما يلي. إذا وضعت سائلًا ببخاره المشبع تحت مكبس متحرك وبدأت في خفض هذا المكبس ، فلا شك أن تركيز البخار المشبع سيزداد بسبب انخفاض الحجم. ومع ذلك، بعد مرور بعض الوقت، سيتحرك البخار مع السائل إلى توازن ديناميكي جديد عن طريق تكثيف كمية زائدة من البخار، ولن يتغير الضغط في النهاية. الموقف الثاني من نظرية البخار المشبع :

ضغط البخار المشبع لا يعتمد على الحجم

والآن تجدر الإشارة إلى أن ضغط البخار المشبع، على الرغم من أنه يعتمد على درجة الحرارة، مثل الغاز المثالي، إلا أن طبيعة هذا الاعتماد مختلفة بعض الشيء. والحقيقة هي أنه كما نعلم من المعادلة الأساسية لـ MKT، فإن ضغط الغاز يعتمد على درجة الحرارة وتركيز الغاز. ولذلك فإن ضغط البخار المشبع يعتمد على درجة الحرارة بشكل غير خطي حتى يزيد تركيز البخار، أي حتى يتبخر كل السائل. ويبين الرسم البياني أدناه (الشكل 3) طبيعة اعتماد ضغط البخار المشبع على درجة الحرارة،

أرز. 3

علاوة على ذلك، فإن الانتقال من قسم غير خطي إلى قسم خطي يعني فقط نقطة تبخر السائل بأكمله. نظرًا لأن ضغط الغاز المشبع يعتمد فقط على درجة الحرارة، فمن الممكن تحديد ضغط البخار المشبع بشكل لا لبس فيه عند درجة حرارة معينة. وترد هذه النسب (وكذلك قيم كثافة البخار المشبع) في جدول خاص.

دعونا الآن نوجه انتباهنا إلى عملية فيزيائية مهمة مثل الغليان. في الصف الثامن، تم تعريف الغليان بالفعل على أنه عملية تبخر أكثر كثافة من التبخر. الآن سوف نقوم بتوسيع هذا المفهوم إلى حد ما.

تعريف. الغليان- عملية التبخر التي تحدث في كامل حجم السائل. ما هي آلية الغليان؟ والحقيقة هي أن الهواء المذاب موجود دائمًا في الماء، ونتيجة لارتفاع درجة الحرارة، تنخفض قابلية ذوبانه، وتتشكل الفقاعات الدقيقة. نظرًا لأن قاع الوعاء وجدرانه ليست ناعمة تمامًا، فإن هذه الفقاعات تتشبث بالمخالفات. داخلإناء. الآن يوجد قسم الهواء المائي ليس فقط على سطح الماء، ولكن أيضا داخل حجم الماء، وتبدأ جزيئات الماء بالمرور إلى الفقاعات. وهكذا يظهر البخار المشبع داخل الفقاعات. علاوة على ذلك، تبدأ هذه الفقاعات في الطفو، وزيادة الحجم وتأخذ المزيد من جزيئات الماء إلى نفسها، وتنفجر بالقرب من السطح، وتطلق البخار المشبع في البيئة (الشكل 4).

أرز. 4. عملية الغليان ()

شرط تكوين هذه الفقاعات وصعودها هو عدم المساواة التالية: يجب أن يكون ضغط البخار المشبع أكبر من أو يساوي الضغط الجوي.

وبالتالي، بما أن ضغط البخار المشبع يعتمد على درجة الحرارة، فإن نقطة الغليان تتحدد بالضغط بيئة: كلما كان أصغر، انخفضت درجة حرارة غليان السائل، والعكس صحيح.

في الدرس التالي، سنبدأ في النظر في خصائص الأجسام الصلبة.

فهرس

1. مياكيشيف جي.يا.، سينياكوف أ.ز. الفيزياء الجزيئية. الديناميكا الحرارية. - م: حبارى، 2010.
2. جيندنشتاين إل إي، ديك يو.آي. الفيزياء الصف 10. - م: إليكسا، 2005.
3. كاسيانوف ف. الفيزياء الصف 10. - م: حبارى، 2010.

1. Physics.ru ().
2. Chemport.ru ().
3. نارود.رو ().

العمل في المنزل

1. صفحة 74: رقم 546-550. الفيزياء. كتاب المهام. 10-11 درجات. ريمكيفيتش أ.ب. - م: حبارى، 2013. ()
2. لماذا لا يستطيع المتسلقون غلي البيض على ارتفاع؟
3. ما هي بعض الطرق التي يمكنك من خلالها تبريد الشاي الساخن؟ تبريرهم من حيث الفيزياء.
4. لماذا يجب أن ينخفض ​​ضغط الغاز على الموقد بعد غليان الماء؟
5. * كيف يمكن تسخين الماء فوق مائة درجة مئوية؟

وبما أن حجم ضغط بخار التشبع يعتمد على درجة حرارة الهواء، فمع زيادة الأخيرة، يمكن للهواء أن يمتص المزيد من بخار الماء، بينما يزداد ضغط التشبع. لا تحدث الزيادة في ضغط التشبع بشكل خطي، بل على طول منحنى طويل. هذه الحقيقة مهمة جدًا لبناء الفيزياء ولا ينبغي إغفالها. على سبيل المثال، عند درجة حرارة 0 درجة مئوية (273.16 كلفن)، يكون ضغط البخار المشبع 610.5 باسكال، عند +10 درجة مئوية (283.16 كلفن) يتبين أنه يساوي 1228.1 باسكال، عند +20 درجة مئوية (293.16 كلفن) 2337.1 باسكال، وعند +30 درجة مئوية (303.16 كلفن) تساوي 4241.0 باسكال. ولذلك، مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية (10 كلفن)، فإن ضغط البخار المشبع سوف يتضاعف تقريبًا.

يظهر الشكل اعتماد الضغط الجزئي لبخار الماء على التغيرات في درجات الحرارة. 3.

الرطوبة المطلقة و

كثافة بخار الماء، أي ويسمى محتواه في الهواء بالرطوبة المطلقة للهواء ويقاس بوحدة جم / م.

تسمى الكثافة القصوى لبخار الماء الممكنة عند درجة حرارة هواء معينة كثافة البخار المشبع، والذي بدوره يخلق ضغط التشبع. وتزداد كثافة فسات البخار المشبع وضغطه مع زيادة درجة حرارة الهواء. زيادته منحني الأضلاع أيضًا، لكن مسار هذا المنحنى ليس حادًا مثل مسار منحنى RNA. يعتمد كلا المنحنيين على القيمة 273.16/Tact[K]. لذلك، إذا كانت نسبة pnas/fus معروفة، فيمكن التحقق منها مقابل بعضها البعض.

الرطوبة المطلقة للهواء في مكان مغلق محكم لا تعتمد على درجة الحرارة

درجة الحرارة حتى الوصول إلى كثافة البخار المشبع. يظهر الشكل اعتماد الرطوبة المطلقة للهواء على درجة حرارته. 4.

الرطوبة النسبية

وتسمى نسبة الكثافة الفعلية لبخار الماء إلى كثافة البخار المشبع أو نسبة الرطوبة المطلقة للهواء إلى الرطوبة القصوى للهواء عند درجة حرارة معينة بالرطوبة النسبية للهواء. ويتم التعبير عنها كنسبة مئوية.

عندما تنخفض درجة حرارة مكان مغلق محكم الغلق، فإن الرطوبة النسبية للهواء تزداد حتى تصبح قيمة ϕ تساوي 100% وبالتالي يتم الوصول إلى كثافة البخار المشبعة. ومع مزيد من التبريد، تتكثف الكمية الزائدة المقابلة من بخار الماء.

مع زيادة درجة حرارة مكان مغلق، تنخفض قيمة الرطوبة النسبية للهواء. أرز. 5 يوضح اعتماد الرطوبة النسبية للهواء على درجة الحرارة. يتم قياس الرطوبة النسبية للهواء باستخدام مقياس الرطوبة أو مقياس الرطوبة. يقيس مقياس ضغط الدم الطموح Assmann الموثوق به للغاية الفرق في درجة الحرارة بين مقياسين حرارة دقيقين، أحدهما ملفوف بشاش رطب. التبريد بسبب تبخر الماء يكون أكبر، كلما كان الهواء المحيط أكثر جفافا. من نسبة الفرق في درجة الحرارة إلى درجة حرارة الهواء الفعلية، يمكن تحديد الرطوبة النسبية للهواء المحيط.

بدلاً من مقياس الرطوبة ذو الشعر الرقيق، والذي يستخدم أحيانًا في الرطوبة العالية، يتم استخدام مسبار قياس كلوريد الليثيوم. شارك-

وهي مصنوعة من غلاف معدني مع غلاف من الألياف الزجاجية ولف منفصل لسلك التسخين ومقياس حرارة المقاومة. غمد القماش مملوء بمحلول كلوريد الليثيوم المائي ويخضع لجهد متناوب بين كلا الملفين. يتبخر الماء ويحدث تبلور الملح وتزداد المقاومة بشكل ملحوظ. ونتيجة لذلك، يتم توازن محتوى بخار الماء في الهواء المحيط وقوة التسخين. وفقًا للفرق في درجة الحرارة بين الهواء المحيط ومقياس الحرارة المدمج، يتم تحديده باستخدام دائرة قياس خاصة الرطوبة النسبيةهواء.

يتفاعل مسبار القياس مع تأثير رطوبة الهواء على الألياف المسترطبة، وهو مصمم بحيث ينشأ تيار كافٍ بين القطبين. وينمو هذا الأخير مع زيادة الرطوبة النسبية في اعتماد معين على درجة حرارة الهواء.

مسبار قياس السعة عبارة عن مكثف ذو لوحة مثقوبة ومجهز بعازل استرطابي، تتغير سعةه مع التغيرات في الرطوبة النسبية، وكذلك درجة حرارة الهواء المحيط. يمكن استخدام مسبار القياس كجزء مما يسمى بعنصر RC الخاص بدائرة multivibartor. في هذه الحالة، يتم تحويل رطوبة الهواء إلى تردد معين، والذي يمكن أن يكون له قيم عالية. بهذه الطريقة، يتم تحقيق حساسية عالية جدًا للجهاز، مما يجعل من الممكن تسجيل الحد الأدنى من التغيرات في الرطوبة.

الضغط الجزئي لبخار الماء ص

على عكس ضغط بخار التشبع pnas، الذي يدل على أقصى ضغط جزئي لبخار الماء في الهواء عند درجة حرارة معينة، فإن مفهوم الضغط الجزئي لبخار الماء pnas يدل على ضغط البخار الذي يكون في حالة غير مشبعة، لذلك في كل حالة يجب أن يكون هذا الضغط يكون أقل من RNAs .

ومع زيادة محتوى بخار الماء في الهواء الجاف، تقترب قيمة p من القيمة المقابلة لـ pnas. وفي الوقت نفسه يظل الضغط الجوي ثابتًا. وبما أن الضغط الجزئي لبخار الماء p ليس سوى جزء صغير من الضغط الكلي لجميع مكونات الخليط، فلا يمكن تحديد قيمته بالقياس المباشر. على العكس من ذلك، يمكن تحديد ضغط البخار عن طريق خلق فراغ في الوعاء أولاً ثم إدخال الماء فيه. ويتوافق حجم الزيادة في الضغط بسبب التبخر مع قيمة pnas، التي تشير إلى درجة حرارة الفضاء المشبع بالبخار.

مع معرفة psa، يمكن قياس p بشكل غير مباشر على النحو التالي. يحتوي الوعاء على خليط من الهواء وبخار الماء، وتركيبته غير معروفة في المقام الأول. الضغط داخل الوعاء Ptot = pv + p أي الضغط الجوي للهواء المحيط. إذا أغلقنا الآن الوعاء وأدخلنا فيه كمية معينة من الماء، فسيزداد الضغط داخل الوعاء. وبعد تشبع بخار الماء يصبح pv + rnas. يتم طرح فرق الضغط pnas - p الذي تم إنشاؤه بمساعدة مقياس مجهري من القيمة المعروفة بالفعل لضغط البخار المشبع، والذي يتوافق مع درجة الحرارة في الوعاء. سوف تتوافق النتيجة مع الضغط الجزئي p للمحتويات الأصلية للسفينة، أي. الهواء المحيط.

من الأسهل حساب الضغط الجزئي p باستخدام بيانات من جداول ضغط البخار المشبع pnas لمستوى درجة حرارة معين. وتقابل قيمة النسبة p/rnas قيمة نسبة كثافة بخار الماء f إلى كثافة البخار المشبع fsat، وهي تساوي قيمة الرطوبة النسبية

جودة الهواء. وهكذا نحصل على المعادلة

ني ع = RNAs.

ونتيجة لذلك، عند درجة حرارة الهواء المعروفة وضغط التشبع pnas، من الممكن تحديد قيمة الضغط الجزئي pnas بسرعة ووضوح. على سبيل المثال، تبلغ الرطوبة النسبية للهواء 60% ودرجة حرارة الهواء 10 درجات مئوية. بعد ذلك، نظرًا لأن ضغط البخار المشبع عند درجة الحرارة هذه = 1228.1 باسكال، فإن الضغط الجزئي p سيكون مساويًا لـ 736.9 باسكال (الشكل 6).

نقطة ندى بخار الماء ر

عادة ما يكون بخار الماء الموجود في الهواء في حالة غير مشبعة، وبالتالي يكون له ضغط جزئي معين ورطوبة نسبية معينة للهواء.<р < 100%.

إذا كان الهواء على تماس مباشر مع مواد صلبة درجة حرارة سطحها أقل من درجة حرارته، فمع اختلاف درجة الحرارة المناسب يبرد هواء الطبقة الحدودية وتزداد رطوبته النسبية حتى تصل قيمته إلى 100%، أي. كثافة البخار المشبعة. وحتى مع مزيد من التبريد الطفيف، يبدأ بخار الماء في التكثف على سطح المادة الصلبة. سيستمر هذا حتى يتم إنشاء حالة توازن جديدة لدرجة حرارة سطح المادة وكثافة البخار المشبعة. بسبب الكثافة العالية، يهبط الهواء البارد، بينما يرتفع الهواء الدافئ. ستزداد كمية المكثفات حتى يتم تحقيق التوازن وتتوقف عملية التكثيف.

ترتبط عملية التكثيف بإطلاق الحرارة التي تتوافق كميتها مع حرارة تبخر الماء. وهذا يؤدي إلى زيادة في درجة حرارة سطح المواد الصلبة.

نقطة الندى t هي درجة حرارة السطح، وكثافة البخار بالقرب منها تصبح مساوية لكثافة البخار المشبع، أي. تصل الرطوبة النسبية للهواء إلى 100%. يبدأ تكثيف بخار الماء مباشرة بعد انخفاض درجة حرارته إلى ما دون نقطة الندى.

إذا كانت درجة حرارة الهواء AT والرطوبة النسبية معروفة، فيمكن إجراء المعادلة p(AT) = rnat(t) = pat. لحساب القيمة المطلوبة لـ pnas، استخدم جدول ضغط البخار المشبع.

النظر في مثال لمثل هذا الحساب (الشكل 7). درجة حرارة الهواء vv \u003d 10 درجة مئوية ، الرطوبة النسبية \u003d 60٪ ، pnas (+10 درجة مئوية) \u003d 1228.1 P pnas (t) \u003d \u003d 0 6 x 1228.1 Pa \u003d 736.9 Pa ، نقطة الندى \u003d + 2.6 درجة مئوية (الجدول).

يمكن تحديد نقطة الندى بيانياً باستخدام منحنى ضغط التشبع، ولا يمكن حساب نقطة الندى إلا إذا كانت الرطوبة النسبية معروفة أيضاً بالإضافة إلى درجة حرارة الهواء. بدلا من الحساب، يمكنك استخدام القياس. إذا قمت بتبريد السطح المصقول للوحة (أو غشاء) مصنوع من مادة موصلة للحرارة ببطء حتى يبدأ التكثيف بالتساقط عليه، ثم قمت بقياس درجة حرارة هذا السطح، فيمكنك العثور مباشرة على نقطة الندى للهواء المحيط. لا تتطلب هذه الطريقة معرفة الرطوبة النسبية للهواء، على الرغم من أنه من الممكن حساب القيمة بالإضافة إلى ذلك من درجة حرارة الهواء ونقطة الندى

هذا المبدأ هو أساس عمل مقياس الرطوبة لتحديد نقطة الندى لدانيال ورينولت، والذي تم تطويره في النصف الأول من القرن التاسع عشر. في الآونة الأخيرة، وبفضل استخدام الإلكترونيات، تم تحسينه كثيرًا بحيث أصبح بإمكانه تحديد نقطة الندى بدقة عالية جدًا. وبالتالي، من الممكن معايرة مقياس الرطوبة العادي بشكل صحيح والتحكم فيه باستخدام مقياس رطوبة نقطة الندى.

تبخر السوائل. الأزواج المشبعة وغير المشبعة. ضغط البخار المشبع. رطوبة الجو.

تبخر- التبخر الذي يحدث عند أي درجة حرارة من السطح الحر للسائل. يؤدي التوزيع غير المتكافئ للطاقة الحركية للجزيئات أثناء الحركة الحرارية إلى حقيقة أنه في أي درجة حرارة، يمكن أن تتجاوز الطاقة الحركية لبعض جزيئات السائل أو الصلبة الطاقة الكامنة لارتباطها بجزيئات أخرى. تتمتع الجزيئات ذات السرعة العالية بطاقة حركية أكبر، وتعتمد درجة حرارة الجسم على سرعة حركة جزيئاتها، لذلك يصاحب التبخر تبريد السائل. ويعتمد معدل التبخر على: مساحة السطح المفتوح، ودرجة الحرارة، وتركيز الجزيئات بالقرب من السائل.

تركيز- عملية تحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة.

يؤدي تبخر السائل في وعاء مغلق عند درجة حرارة ثابتة إلى زيادة تدريجية في تركيز جزيئات المادة المتبخرة في الحالة الغازية. بعد مرور بعض الوقت على بدء التبخر، سيصل تركيز المادة في الحالة الغازية إلى قيمة يصبح عندها عدد الجزيئات العائدة إلى السائل مساوياً لعدد الجزيئات الخارجة من السائل في نفس الوقت. يتم إنشاء توازن ديناميكي بين عمليتي التبخر وتكثيف المادة. تسمى المادة التي تكون في الحالة الغازية والتي تكون في حالة توازن ديناميكي مع السائل بالبخار المشبع. (البخار عبارة عن مجموعة من الجزيئات التي تركت السائل أثناء عملية التبخر). ويسمى البخار عند ضغط أقل من التشبع بأنه غير مشبع.

وبسبب التبخر المستمر للمياه من سطوح المسطحات المائية والتربة والنباتات، وكذلك تنفس الإنسان والحيوان، فإن الغلاف الجوي يحتوي دائمًا على بخار الماء. ولذلك فإن الضغط الجوي هو مجموع ضغط الهواء الجاف وبخار الماء الموجود فيه. يصل ضغط بخار الماء إلى الحد الأقصى عندما يكون الهواء مشبعًا بالبخار. البخار المشبع، على عكس البخار غير المشبع، لا يخضع لقوانين الغاز المثالي. وبالتالي، فإن ضغط البخار المشبع لا يعتمد على الحجم، بل يعتمد على درجة الحرارة. لا يمكن التعبير عن هذا الاعتماد بصيغة بسيطة، لذلك، على أساس دراسة تجريبية لاعتماد ضغط البخار المشبع على درجة الحرارة، تم تجميع الجداول التي يمكن من خلالها تحديد ضغطه عند درجات حرارة مختلفة.

ويسمى ضغط بخار الماء في الهواء عند درجة حرارة معينة بالرطوبة المطلقة، أو ضغط بخار الماء. وبما أن ضغط البخار يتناسب مع تركيز الجزيئات، يمكن تعريف الرطوبة المطلقة بأنها كثافة بخار الماء في الهواء عند درجة حرارة معينة، معبرًا عنها بالكيلوجرام لكل متر مكعب (ع).

معظم الظواهر الملاحظة في الطبيعة، على سبيل المثال، معدل التبخر، جفاف المواد المختلفة، ذبول النباتات، لا تعتمد على كمية بخار الماء الموجود في الهواء، بل على مدى قرب هذه الكمية من التشبع، أي على الرطوبة النسبية التي تتميز بدرجة تشبع الهواء ببخار الماء. عند درجات الحرارة المنخفضة والرطوبة العالية، يزداد انتقال الحرارة ويتعرض الشخص لانخفاض حرارة الجسم. في درجات الحرارة المرتفعة والرطوبة، على العكس من ذلك، يتم تقليل نقل الحرارة بشكل حاد، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الجسم. الأكثر ملاءمة للبشر في خطوط العرض المناخية الوسطى هي الرطوبة النسبية بنسبة 40-60٪. الرطوبة النسبية هي نسبة كثافة بخار الماء (أو الضغط) في الهواء عند درجة حرارة معينة إلى كثافة (أو ضغط) بخار الماء عند نفس درجة الحرارة، معبرًا عنها كنسبة مئوية، أي.

الرطوبة النسبية تختلف على نطاق واسع. علاوة على ذلك، فإن التغير النهاري للرطوبة النسبية يكون عكسيًا للتغير النهاري في درجة الحرارة. خلال النهار، مع ارتفاع درجة الحرارة، وبالتالي مع زيادة ضغط التشبع، تنخفض الرطوبة النسبية، وفي الليل تزداد. نفس الكمية من بخار الماء يمكن أن تشبع الهواء أو لا تشبعه. عن طريق خفض درجة حرارة الهواء، من الممكن جلب البخار فيه إلى التشبع. نقطة الندى هي درجة الحرارة التي يصبح عندها البخار الموجود في الهواء مشبعًا. عندما يتم الوصول إلى نقطة الندى في الهواء أو على الأجسام التي يتلامس معها، يبدأ بخار الماء في التكاثف. لتحديد رطوبة الهواء، يتم استخدام أجهزة تسمى مقاييس الرطوبة ومقاييس الرطوبة.

لا تسمح النظرية الحركية الجزيئية بفهم سبب وجود المادة في الحالات الغازية والسائلة والصلبة فحسب، بل تسمح أيضًا بشرح عملية انتقال المادة من حالة إلى أخرى.

التبخر والتكثيف.تتناقص تدريجيًا كمية الماء أو أي سائل آخر في الوعاء المفتوح. يحدث تبخر السائل، وقد تم وصف آلية ذلك في مقرر فيزياء الصف السابع. أثناء الحركة الفوضوية، تكتسب بعض الجزيئات طاقة حركية كبيرة لدرجة أنها تترك السائل، وتتغلب على قوى الجذب من بقية الجزيئات.

بالتزامن مع التبخر، تحدث العملية العكسية - انتقال جزء من جزيئات البخار المتحركة بشكل عشوائي إلى سائل. وتسمى هذه العملية التكثيف. إذا كان الوعاء مفتوحا، فإن الجزيئات التي تركت السائل قد لا تعود إليه

سائل. وفي هذه الحالات لا يتم تعويض التبخر بالتكثيف وتقل كمية السائل. عندما يحمل تدفق الهواء فوق الوعاء الأبخرة الناتجة، يتبخر السائل بشكل أسرع، لأن جزيء البخار لديه فرصة أقل للعودة إلى السائل مرة أخرى.

بخار مشبع.إذا كانت السفينة مع السائل مغلقة بإحكام، فسوف يتوقف انخفاضها قريبا. عند درجة حرارة ثابتة، سيأتي نظام "السائل - البخار" إلى حالة التوازن الحراري وسيبقى فيه لفترة طويلة بشكل تعسفي.

في اللحظة الأولى، بعد سكب السائل في الوعاء وإغلاقه، سوف يتبخر وتزداد كثافة البخار فوق السائل. ومع ذلك، في الوقت نفسه، سيزداد عدد الجزيئات التي تعود إلى السائل. كلما زادت كثافة البخار، زاد عدد جزيئات البخار التي تعود إلى السائل. ونتيجة لذلك، في وعاء مغلق عند درجة حرارة ثابتة، سيتم في النهاية إنشاء توازن ديناميكي (متحرك) بين السائل والبخار. سيكون عدد الجزيئات التي تخرج من سطح السائل مساوياً لعدد جزيئات البخار العائدة إلى السائل في نفس الوقت. بالتزامن مع عملية التبخر، يحدث التكثيف، وكلتا العمليتين، في المتوسط، تعوضان بعضهما البعض.

ويسمى البخار في حالة توازن ديناميكي مع سائله بالبخار المشبع. يؤكد هذا الاسم على أن حجمًا معينًا عند درجة حرارة معينة لا يمكن أن يحتوي على المزيد من البخار.

إذا تم ضخ الهواء من وعاء السائل مسبقًا، فسيكون البخار المشبع فقط فوق سطح السائل.

ضغط البخار المشبع.ماذا سيحدث للبخار المشبع إذا انخفض الحجم الذي يشغله، على سبيل المثال عن طريق ضغط البخار في حالة توازن مع السائل الموجود في أسطوانة تحت المكبس، مع الحفاظ على درجة حرارة محتويات الأسطوانة ثابتة؟

عندما يتم ضغط البخار، سيبدأ التوازن بالانزعاج. في اللحظة الأولى، تزداد كثافة البخار قليلاً، ويبدأ عدد أكبر من الجزيئات بالمرور من الغاز إلى السائل مقارنة بالسائل إلى الغاز. ويستمر هذا حتى يتم تحقيق التوازن والكثافة مرة أخرى، وبالتالي لا يأخذ تركيز الجزيئات نفس القيمة. وبالتالي فإن تركيز جزيئات البخار المشبعة لا يعتمد على الحجم عند درجة حرارة ثابتة.

نظرًا لأن الضغط يتناسب مع التركيز وفقًا للصيغة، فإن استقلال تركيز (أو كثافة) الأبخرة المشبعة عن الحجم يتبع استقلال ضغط البخار المشبع عن الحجم الذي يشغله.

يسمى ضغط البخار المستقل عن الحجم الذي يكون فيه السائل في حالة توازن مع بخاره ضغط بخار التشبع.

عند ضغط البخار المشبع، يتحول المزيد والمزيد منه إلى الحالة السائلة. يشغل سائل له كتلة معينة حجمًا أصغر من بخار له نفس الكتلة. ونتيجة لذلك، يتناقص حجم البخار عند كثافة ثابتة.

لقد استخدمنا كلمتي "غاز" و"بخار" عدة مرات. لا يوجد فرق جوهري بين الغاز والبخار، وهذه الكلمات متكافئة بشكل عام. لكننا معتادون على نطاق معين صغير نسبيًا من درجات الحرارة المحيطة. عادة ما يتم تطبيق كلمة "غاز" على تلك المواد التي يكون ضغط بخارها المشبع عند درجات الحرارة العادية أعلى من الغلاف الجوي (على سبيل المثال، ثاني أكسيد الكربون). على العكس من ذلك، يتحدثون عن البخار عندما يكون ضغط البخار المشبع، في درجة حرارة الغرفة، أقل من الضغط الجوي وتكون المادة أكثر استقرارًا في الحالة السائلة (على سبيل المثال، بخار الماء).

تم إثبات استقلال ضغط البخار المشبع عن الحجم في العديد من التجارب التي أجريت على الضغط متساوي الحرارة للبخار في حالة توازن مع سائله. دع المادة بكميات كبيرة تكون في الحالة الغازية. ومع زيادة الضغط متساوي الحرارة، تزداد كثافته وضغطه (قسم الأيسوثرم AB في الشكل 51). عند الوصول إلى الضغط، يبدأ البخار في التكثيف. علاوة على ذلك، عند ضغط البخار المشبع، لا يتغير الضغط حتى يتحول كل البخار إلى سائل (الخط المستقيم BC في الشكل 51). بعد ذلك، يبدأ الضغط أثناء الضغط في الزيادة بشكل حاد (جزء من المنحنى، لأن السوائل قابلة للضغط قليلاً.

ويسمى المنحنى الموضح في الشكل 51 بتساوي درجة حرارة الغاز الحقيقي.