Реальный газ. Влажность

При давлениях, больших 10-15 атм, концентрация молекул возрастает, среднее расстояние между молекулами уменьшается и силы взаимодействия – силы притяжения – начинают влиять на поведение газа. Возрастание концентрации приводит также к тому, что объем свободного пространства, в котором движутся молекулы, оказывается меньше объема сосуда на величину, равную собственному объему молекул. Поэтому уравнения, полученные для идеального газа, несправедливы. Рассмотрим сильно разреженный газ и начнем при постоянной температуре постепенно уменьшать объем (рис. 11.1). Зависимость давления от объема на участке кривой сходна с изотермой идеального газа.

Однако начиная с состояния 2 при дальнейшем уменьшении объема давление будет оставаться постоянным и равным давлению насыщенного пара . При уменьшении объема на участке происходит превращение пара в жидкость. Состояние 3 соответствует жидкости, так как весь пар перейдет в жидкость. Дальнейшее уменьшение объема вызовет резкое увеличение давления, так как жидкость слабосжимаема. Итак, на участке система находится в однофазном состоянии – пар (или газ, газ – это ненасыщенный пар некоторой жидкости), участок соответствует двухфазному состоянию пар и жидкость и участок - однофазному состоянию – жидкость. На рис. 11.2 изображены изотермы реального газа при разных температурах

.

Точка К – точка перегиба на кривой, соответствующей температуре (). Точка К соответствует критическому состоянию вещества, при котором исчезает граница между жидкостью и паром. В критической температуре плотность жидкости равна плотности пара. Каждому веществу соответствует своя критическая температура (гелия равно 4 К, воды – 373 К.) Очевидно, что сжижение газов может осуществляться только при температуре ниже критической. Из рис. 11.2 следует, что заштрихованная область соответствует двухфазной области насыщенный пар – жидкость. Штриховая линия отделяет эту область от однофазных областей: пар и жидкость. Из рис. 11.2 видно, что давление насыщенного пара не зависит от объема, а зависит только от температуры. При повышении температуры давление насыщенного пара увеличивается. Если сосуд с жидкостью изолировать от внешней среды (рис. 11.3), то постепенно пар над жидкостью становится насыщенным: количество молекул, переходящих из жидкости в пар, равно количеству молекул, переходящих из пара в жидкость. Насыщенный пар находится в динамическом равновесии с жидкостью. Равновесие может быть нарушено, если жидкость нагреть (или охладить) или изменить давление пара над жидкостью. Насыщенный пар не подчиняется газовым законам: при постоянном объеме концентрация зависит от температуры и поэтому нет линейной зависимости между Р и Т, однако уравнение справедливо, т. е., зная давление, можно определить плотность пара.

В воздухе содержится водяной пар. Давление воздуха складывается из парциальных давлений сухого воздуха . и паров воды , т. е. атмосферное давление равно

. (11.1)

Относительная влажность обычно измеряется в процентах. Охлаждение ненасыщенного пара при постоянном давлении приводит к тому, что пар становится насыщенным. Температура, при которой ненасыщенный пар при данной абсолютной влажности становится насыщенным, называется точкой росы.