Процес переходу речовини з рідкого стану в газоподібний називають пароутворенням. Пароутворення буває двох видів — випаровування та кипіння.
Випаровування — це процес пароутворення з поверхні рідини. Із точки зору МКТ пароутворення — це такий процес, коли з поверхні рідини вилітають найшвидші молекули. Дійсно, молекули рідини безперервно рухаються (коливаються біля положень рівноваги, час від часу перестрибують із місця на місце), але сили притягання не дають їм розлетітися.
Проте в рідині завжди є молекули, кінетична енергія яких у кілька разів перевищує її середнє значення. Коли ці «швидкі» молекули опиняються на поверхні рідини, їх енергії вистачає для того, щоб, подолавши притягання сусідніх молекул, залишити рідину.
Знаючи механізм випаровування, зазначимо деякі його особливості:
- У рідині завжди є молекули, що рухаються швидко, тому випаровування відбувається за будь-якої температури. Чим вища температура рідини, тим більше в ній «швидких» молекул, тому зі зростанням температури швидкість випаровування збільшується. Оскільки рідину залишають молекули, кінетична енергія яких вища за середню, то середня кінетична енергія молекул, що залишаються, зменшується, тобто за відсутності теплообміну процес випаровування спричиняє охолодження рідини.
- Випаровування супроводжується поглинанням енергії: енергія витрачається на виконання роботи проти сил міжмолекулярного притягання та сил зовнішнього тиску. Чим меншим є тиск на вільну поверхню рідини, тим швидше рідина випаровується.
- Швидкість випаровування зростає зі збільшенням площі вільної поверхні рідини (на поверхні рідини буде більше молекул із достатньою кінетичною енергією).
- Різні рідини випаровуються з різною швидкістю (спирт випаровується майже миттєво, вода — повільніше, а крапля ртуті буде випаровуватися роками, отруюючи повітря). Очевидно, що повільніше випаровуються ті рідини, молекули яких сильніше взаємодіють одна з одною.
Кипіння — процес пароутворення, який відбувається по всьому об’єму рідини та супроводжується утворенням і збільшенням бульбашок пари. Продовжуючи нагрівати рідину, яка вже закип іла, можна помітити, що під час кипіння температура рідини не змінюється (див.графік).
Якщо збільшити кількість теплоти, яка підводиться до рідини, то збільшиться кількість бульбашок, тобто зросте інтенсивність пароутворення. Таким чином, під час кипіння вся енергія, що підводиться, йде на пароутворення. Рідина починає кипіти (бульбашки починають збільшуватися в об’ємі) тільки тоді, коли тиск газу в бульбашках стає трохи більшим за тиск у рідині. У бульбашках містяться повітря та насичена пара, однак повітря в них набагато менше, ніж пари, тому тиск газу в бульбашках приблизно дорівнює тиску насиченої пари. Тиск у рідині складається із зовнішнього тиску (тиску на поверхню рідини) і гідростатичного тиску стовпа рідини. Якщо глибина посудини менша, ніж метр, то гідростатичним тиском рідини можна знехтувати. Кипіння починається за температури, за якої тиск насиченої пари трохи пере вищує зовнішній тиск.
Повітря завжди містить певну кількість водяної пари. Уміст водяної пари в повітрі характеризується абсолютною і відносною вологістю.
Абсолютна вологість — фізична величина, яка характеризує вміст водяної пари в повітрі та чисельно дорівнює масі водяної пари, що міститься в \(1\) повітря: . Зазвичай абсолютну вологість подають у .В екваторіальних широтах вона може сягати \(30\) , до полюсів Землі знижується до \(0,1\) .
Відносна вологість \(ϕ\) — фізична величина, яка показує, наскільки водяна пара близька до насичення, і дорівнює поданому у відсотках відношенню абсолютної вологості до густини насиченої водяної пари за
даної температури: .
даної температури: .
Густина насиченої водяної пари за даної температури — величина незмінна, тому її заносять до таблиць.
Зверни увагу!
Густина водяної пари прямо пропорційна її парціальному тиску , тому відносну вологість можна розрахувати за формулою .
Температуру, за якої водяна пара, що міститься в повітрі, стає насиченою, називають точкою роси .
Прилади для прямого вимірювання вологості повітря називають гігрометрами. Існує декілька видів гігрометрів, однак найуживаніші — волосяний і психрометричний. Принцип дії волосяного гігрометра базується на властивості знежиреної волосини збільшувати свою довжину зі збільшенням вологості повітря. Узимку волосяний гігрометр є основним приладом для вимірювання вологості повітря поза приміщенням. Найчастіше використовують гігрометр психрометричний — психрометр. Дія цього приладу базується на двох фактах:
- Швидкість випаровування рідини тим вища, чим нижча відносна вологість повітря;
- Рідина під час випаровування охолоджується.
Психрометр складається з двох термометрів — сухого, який вимірює температуру довкілля, і вологого — його колба обгорнута тканиною, кінчик якої опущений у посудину з водою. Вода з тканини випаровується, і вологий термометр показує нижчу температуру, ніж сухий. Чим нижча відносна вологість повітря, тим швидше випаровується рідина і тим більша різниця показів сухого та вологого термометрів.
Відносну вологість визначають за допомогою психрометричної таблиці
