3.3. Фазові переходи

Стан речовини визначається її питомим об’ємом, температурою або тиском . Зміни стану і фазові переходи відбуваються за сталих тиску і температури. В критичній точці рідка і парова фази є нерозрізнимі і властивості обох фаз ідентичні (рис.3.2).

Лінія сублімації (або лінія інію у випадку водяної пари над льодом) і лінія кипіння (конденсації) утворюють криву тиску пари. Рідина, яка перебуває в рівновазі з парою називається насиченою; пара, яка перебуває в рівновазі з рідиною, називaється насиченою парою. Переохолоджена рідина і перегріта пара характеризуються відносно точками x і y, які лежать вище і нижче лінії кипіння.

Рис. 3.2. Схема фазової діаграми:

1 – лінія сублімації; 2 – крива замерзання; 3 – крива кипіння;4- критична точка;

5 – потрійна точка; пунктирні лінії відносяться до води

При фазових переходах температура речовини залишається майже сталою і енергія, яка потрібна для виконання процесу, називається: прихованою теплотою випаровування, якщо процес відбувається за температури, що нижча від точки кипіння; прихованою теплотою пароутворення, якщо процес відбувається при температурі кипіння; прихованою теплотою топлення, якщо процес відбувається при температурі замерзання; прихованою теплотою сублімації, якщо відбувається процес переходу з твердого стану в газоподібний. Оскільки значення густин речовини в двох різних фазах сильно відрізняються, то обмін енергією між двома фазами відбувається в результаті масоперенесення.

Для пояснення процесів можна скористатися характером руху молекул. Уявімо рідину з вільною поверхнею. Молекули в рідині “запаковані” більш тісно, ніж в газі, а їх випадкові переміщення більш обмежені. Деякі молекули біля поверхні мають достатню кінетичну енергію для того, щоб покинути рідину у вигляді молекул пари.Енергія для фазового переходу підводиться у вигляді прихованої теплоти випаровування, яка відбирається (вилучається) від рідини, викликаючи її випарне охолодження. Якщо простір замкнений, то зі збільшенням густини молекул пари зростає її тиск. Деякі молекули мають достатню енергію для повернення до рідини і тому встановлюється динамічний обмін молекулами. Якщо переважає вихід молекул із рідини, то відбувається випаровування, а в зворотньому випадку – конденсація. Якщо встановлюється рівновага, тобто кількість вивільнених молекул рівна кількості повернутих, то пара стає насиченою. Рівновага може бути нарушена зміною температури рідини або повітря, що впливає на кінетичну енергію систем.

Молекули пари в повітрі спричиняють тиск. Якщо пара насичена, то її парціальний тиск називають тиском насиченої пари. Він залежить від температури повітря. Зміни температури впливають на молекули пари і на сухе повітря, а тому вологе повітря можна розглядати як таке, що складається із суміші перегрітого газу (пари) і газу.

3.4. Фізичні властивості вологого повітря

3.4.1. Молекулярна маса

Середня молекулярна маса сухого повітря може бути розрахована на основі даних табл.3.1.

Таблиця 3.1