Любое вещество при определенных условиях может находиться в различных агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. Переход из одного состояния в другое называется фазовым переходом.
Парообразование – это процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное.
Испарением называется парообразование, происходящее с поверхности жидкости при любой температуре.
Молекулы, вылетевшие из жидкости при парообразовании, называются паром данной жидкости. Поверхность жидкости покидают молекулы с наибольшей скоростью (соответственно и кинетической энергией), поэтому в результате испарения температура жидкости уменьшается. Скорость испарения зависит от рода жидкости, температуры, площади поверхности жидкости и отвода вылетевших молекул.
Конденсация – это процесс, обратный процессу испарения. При конденсации молекулы пара возвращаются в жидкость.
Кипением называется процесс интенсивного парообразования, происходящий по всему объему жидкости.
В жидкости всегда имеются мельчайшие пузырьки пара. Пар внутри пузырька является насыщенным. При повышении температуры жидкости давление пара в пузырьке возрастает и его объем увеличивается. Под действием архимедовой силы пузырек всплывает на поверхность. Если давление насыщенного пара внутри пузырька равно внешнему давлению, то жидкость кипит.
Важно!
Кипение жидкости начинается при такой температуре, при которой давление ее насыщенных паров становится равным внешнему давлению.
Температурой кипения называется температура жидкости, при которой давление ее насыщенного пара равно внешнему давлению.
Температура кипения повышается с ростом внешнего давления и понижается при его уменьшении. При нормальном атмосферном давлении вода кипит при температуре 100 °С. Это значит, что при такой температуре давление насыщенных паров воды равно 1 атм или 105 Па. При подъеме в горы атмосферное давление уменьшается, и поэтому температура кипения воды понижается (приблизительно на 1 °С на каждые 300 м высоты). На высоте 7 км давление составляет примерно 0,4 атм и температура кипения понижается до 70 °С.
Важно!
В герметически закрытом сосуде жидкость кипеть не может, т. к. при каждом значении температуры устанавливается равновесие между жидкостью и ее насыщенным паром.
В процессе кипения температура жидкости остается постоянной (если не изменяется внешнее давление). На графике можно увидеть, что участок 1–2 — это нагревание жидкости, участок 2–3 — кипение. Подводимое к жидкости тепло расходуется на парообразование.
Количество теплоты, необходимое для превращения жидкости, нагретой до температуры кипения, в пар, вычисляется по формуле:
где L – удельная теплота парообразования вещества, m – масса вещества.
Удельная теплота парообразования вещества – это физическая величина, равная количеству теплоты, необходимому для превращения 1 кг жидкости при постоянной температуре в пар.
Единица измерения удельной теплоты парообразования в СИ – Дж/кг.
При конденсации пара выделяется такое же количество теплоты:
