Совет 1: Как найти давление водяного пара

Вода может находиться в трех основных агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Пар, в свою очередь, бывает ненасыщенным и насыщенным - имеющим одинаковую температуру и давление с кипящей водой. Если же температура водяного пара при повышении давления превысила 100 градусов Цельсия, то такой пар называют перегретым. Часто при изучении школьного курса физики или при проведении технологического процесса возникает задача: определить давление водяного пара при каких-то конкретных условиях.
Инструкция
1
Допустим, вам дана следующая задача: в некий металлический сосуд залили воду в количестве, которое равно четверти его объема. После этого сосуд герметически закрыли и нагрели до температуры, равной 500оС. Если представить, что вся вода, находившаяся в сосуде, превратилась в пар, каково будет давление этого пара? Сначала в сосуде содержалась одна вода (ее количество, перешедшее в газообразное состояние ничтожно мало, поэтому им можно пренебречь). Обозначьте ее массу как m, а объем как V1. Следовательно, плотность воды будет вычисляться по формуле: ρ1 = m/V1.
2
После нагрева в сосуде находился один водяной пар той же массы m, но занимавший вчетверо больший объем V2. Следовательно, плотность водяного пара равна: ρ2 = ρ1/4.
3
Теперь переведите температуру из градусов Цельсия в градусы Кельвина. 500 градусов Цельсия приблизительно равны 773 градусам Кельвина (273 + Тц).
4
Напишите универсальное уравнение Менделеева-Клапейрона. Конечно, сильно нагретый водяной пар никоим образом не может считаться идеальным газом, состояние которого оно описывает, но погрешность в расчетах будет сравнительно небольшой. Р2V2 = mRT/µ или, преобразуя его с учетом того, что V2 в четыре раза больше, чем V1: 4Р2V1 = mRT/µ. Где Р2 – то самое давление водяного пара, которое вам необходимо найти; R – универсальная газовая постоянная, примерно равная 8,31; Т – температура в градусах Кельвина (773); а µ – молярная масса воды (или водяного пара), равная 18 грамм/моль (0,018 кг/моль).
5
Таким образом, у вас получается формула: Р2 = mRT/4V1 µ. Однако поскольку первоначальный объем V1 = m/ρ1, то итоговый вид уравнения таков:P2 = ρ1RT/4µ. Подставив в формулу известные величины, и зная, чему равна плотность воды, вычислите искомую величину давления водяного пара.

Совет 2: Как переводить давление

Давление — пожалуй, рекордсмен среди физических величин по количеству единиц измерения. Связано это с тем, что на заре науки многие ученые независимо друг от друга исследовали свойства давления. Кроме того, поскольку оно играет важную роль в различных технологиях, каждому инженерному направлению проще исчислять давление именно в тех единицах, которые больше всего соответствуют технической специфике. Однако важно знать, как различные единицы соотносятся друг с другом и как переводить величину давления из одних единиц в другие.
Инструкция
1
Основная системная единица измерения давления — паскаль (Па), названный в честь физика и математика Блеза Паскаля. Один паскаль равен давлению силой один ньютон, приложенному к поверхности площадью один квадратный метр.
2
В прогнозах погоды, а также в медицинских приборах для измерения кровяного давления чаще всего используют миллиметры ртутного столба (мм рт.ст.). Название происходит от старых барометров, в которых давление воздуха уравновешивало столбик ртути. Еще эта единица называется торр, в честь ученого Торричелли. Миллиметр ртутного столба равен 133,322 Па.
3
Ртуть — не единственная жидкость, пригодная для изготовления барометров. В гидравлике часто приходится иметь дело и с миллиметрами водяного столба (мм вод.ст.). Поскольку вода намного легче ртути, то миллиметр водяного столба равен 0,00735 мм рт.ст., или 0,97 Па.
4
Технологи, имеющие дело с высокими давлениями, измеряют его в атмосферах. Одна физическая атмосфера равна среднему атмосферному давлению Земли на уровне моря, то есть 101 325 Па или 760 мм рт.ст. Техническая атмосфера — другая единица, она обозначает давление в один килограмм-силу (это примерно 9,8 ньютон) на один квадратный сантиметр. Она равна 98 065,5 Па.
5
Есть и системная единица, специально предназначенная для высоких давлений. Поскольку вести такие расчеты в паскалях неудобно, то величину в 100 000 Па назвали новой единицей — один бар. Это давление в сто тысяч ньютон на квадратный метр. Бар примерно равен атмосфере — один бар 1,02 технической атмосферы или 0,99 физической. Также давление в один бар соответствует 750,06 мм рт.ст.
6
В Англии, Америке и некоторых других странах вместо метрической системы используется т.н. королевская, где вес измеряется фунтами, а длина — футами и дюймами. В ней единицей давления является фунт-сила на квадратный дюйм (psi). Она равна 6894,76 Па или 51,715 мм рт.ст.
Источники:
  • Таблицы перевода измерительных единиц

Совет 3: Как найти давление насыщенного пара

Насыщенный пар находится в динамическом равновесии с жидкостью или твердым телом такого же химического состава. Давление насыщенного пара зависит от других показателей пара: к примеру, температурная зависимость давления насыщенного пара позволяет судить о температуре кипения вещества.
Вам понадобится
  • - сосуд;
  • - ртуть;
  • - пипетка;
  • - вода;
  • - спирт;
  • - трубки;
  • - эфир.
Инструкция
1
Количество молекул, вылетающих за одну секунду с единицы площади поверхности жидкости, напрямую зависит от температуры этой жидкости. При этом количество молекул, возвращающихся из пара в жидкость, обусловлено концентрацией пара и скоростью теплового движения его молекул. А значит, концентрация молекул пара при равновесии пара и жидкости зависит от равновесной температуры.
2
Поскольку давление пара находится в зависимости с его температурой и концентрацией, напрашивается вывод: давление насыщенного пара зависит лишь от температуры. С увеличением температуры возрастает давление насыщенного пара, а также его плотность, при этом же плотность жидкости из-за теплового расширения уменьшается.
3
Давление насыщенных паров разных жидкостей при одинаковой температуре может сильно отличаться. Убедиться в этом поможет проведенный опыт.
4
В сосуд, в котором находится ртуть, опустите несколько барометрических трубок. Трубка а будет служить барометром. Трубку b при помощи пипетки наполните водой, в трубку c введите спирт, а в трубку d – эфир.
5
Наблюдайте за происходящим. Так, в трубке b часть воды в «торричеллиевой пустоте» очень быстро испарится, а оставшаяся часть скопится над ртутью в виде жидкости (это признак того, что над ртутью находится насыщенный водяной пар).
6
Сравните высоту ртутного столба в барометре с высотой ртути в трубках b, c и d. Разность между высотой столба ртути в каждой из трех трубок и высотой ртутного столба в барометре и будет показателем давления насыщенного пара этой жидкости. Проведенный опыт доказывает, что наибольшим давлением в этом случае обладают насыщенные пары эфира, а наименьшим – водяные пары.
7
Если температура в закрытом сосуде достигает критического значения (Ткр) для вещества, которое в нем находится, то плотность его жидкости и пара становятся одинаковыми. Последующее увеличение температуры приводит к исчезновению физических различий между жидкостью и насыщенным паром.
Обратите внимание
Соблюдайте осторожность при работе с ртутью: этот металл токсичен!
Полезный совет
С повышением температуры в насыщенном паре увеличивается средняя кинетическая энергия движения молекул, а также их концентрация. Ввиду этого при увеличении температуры давление насыщенного пара значительно быстрее возрастает, чем давление идеального газа.
Источники:
  • Испарение, конденсация, кипение. Насыщенные и ненасыщенные пары

Совет 4: Как найти давление идеального газа

Идеальным считают газ, в котором взаимодействие между молекулами пренебрежимо мало. Помимо давления, состояние газа характеризуется температурой и объемом. Соотношения между этими параметрами отображены в газовых законах.
Инструкция
1
Давление газа прямо пропорционально его температуре, количеству вещества, и обратно пропорционально объему сосуда, занимаемого газом. Коэффициентом пропорциональности служит универсальная газовая постоянная R, приблизительно равная 8,314. Она измеряется в джоулях, разделенных на моль и на кельвин.
2
Это положение формирует математическую зависимость P=νRT/V, где ν – количество вещества (моль), R=8,314 – универсальная газовая постоянная (Дж/моль•К), T – температура газа, V – объем. Давление выражается в паскалях. Его можно выразить и в атмосферах, при этом 1 атм = 101,325 кПа.
3
Рассмотренная зависимость – следствие из уравнения Менделеева-Клапейрона PV=(m/M)•RT. Здесь m – масса газа (г), M – его молярная масса (г/моль), а дробь m/M дает в итоге количество вещества ν, или количество молей. Уравнение Менделеева-Клапейрона справедливо для всех газов, которые допустимо считать идеальными. Это фундаментальный физико-химический газовый закон.
4
Наблюдая за поведением идеального газа, говорят о так называемых нормальных условиях – условиях окружающей среды, с которыми наиболее часто приходится иметь дело в действительности. Так, нормальные условия (н.у.) предполагают температуру в 0 градусов Цельсия (или 273,15 градусов по шкале Кельвина) и давление в 101,325 кПа (1 атм). Найдено значение, чему равен объем одного моля идеального газа при таких условиях: Vm=22,413 л/моль. Этот объем назван молярным. Молярный объем – одна из основных химических констант, применяемых в решении задач.
5
Важно понимать, что при постоянном давлении и температуре объем газа также не меняется. Этот замечательный постулат сформулирован в законе Авогадро, который утверждает, что объем газа прямо пропорционален числу молей.
Видео по теме

Совет 5: Как найти давление воды

Жильцы многоэтажек часто вступают с коммунальными службами в жестокую войну за качество оказываемых ими платных услуг. Одной из них является водоснабжение, которое работники ЖКХ предоставляют не всегда в лучшем виде. Именно поэтому лучше самостоятельно измерить давление воды в кране, чтобы проверить, насколько качественными являются предоставляемые услуги.
Вам понадобится
  • - манометр;
  • - насадка для манометра;
  • - резиновый шланг;
  • - хомуты/
Инструкция
1
Воспользуйтесь специальным прибором для измерения давления – манометром. Именно по давлению в кране у жильцов возникает больше всего вопросов, поскольку при слабом течении воды невозможно принять душ или нормально помыть посуду. Манометр является самым простым и доступным каждому прибором для определения давления в трубах горячей и холодной воды в домашних условиях. С помощью него можно с высокой степенью точности выполнить необходимые измерения. При этом следует помнить, что данный способ потребует небольших затрат: помимо манометра вам понадобится несколько дополнительных инструментов.
2
Приобретите специальную насадку на кран, подходящую для использования с манометром для воды, имеющего шкалу до 1 кг/см. От резинового шланга отрежьте два кольца подходящего диаметра. Обязательно проверьте целостность шлангов перед началом измерения давления.
3
Закрепите насадку на конце одного из резиновых отрезков и наденьте ее на кран. С другого конца отрезка установите штуцер манометра. Конец второго резинового отрезка шланга прикрепите ко второму штуцеру манометра. Все места на штуцере, на которые надевается шланг, необходимо закрепить соответствующими по размеру хомутами.
4
Закрепите насадку на кране. Свободный конец второго шланга установите таким образом, чтобы вода не смогла залить квартиру (опустите его в ванну и т.п.). Воду необходимо включить на полный напор и после этого зарегистрировать (отмерить) показания манометра.
Обратите внимание
Особое внимание обратите на градуировку шкал манометра: выбранная модель должна быть подходящей для измерения давления в трубопроводах, установленных в квартирах.
Полезный совет
Все необходимые для измерения давления воды в домашних условиях принадлежности вы сможете без труда найти на одном из строительных рынков или в специализированных магазинах.

Совет 6: Что такое водяной пар

Одним из химических соединений, имеющих определяющее значение для существования всех видов жизни на Земле, является вода. Как и другие вещества, она может находиться в разных агрегатных состояниях. Одно из них - водяной пар.



Водяной пар представляет собой газообразное агрегатное состояние воды. Он образуется отдельными ее молекулами в процессе испарения. Водяной пар при нормальных физических условиях абсолютно прозрачен, не имеет запаха, вкуса и цвета. Однако при конденсации насыщенных паров воды, смешанных с другими газами, могут образовываться мельчайшие капли. Они эффективно рассеивают свет. Поэтому в подобном состоянии водяной пар можно видеть.

На Земле пары воды содержатся в атмосфере. Они играют важнейшую роль в протекании различных природных процессов, а также непосредственно влияют на жизнедеятельность растений, животных и людей. Содержание водяного пара в воздухе называют влажностью. Различают абсолютную и относительную влажность. Для получения показателя влажности воздуха используют приборы гигрометры или психрометры.

Важнейшее место сегодня водяной пар занимает в промышленности и многих отраслях техники. Он используется в качестве рабочего тела при преобразовании тепловой энергии в кинетическую и электрическую с помощью различного рода паровых машин - паросиловых установок, паровых турбин. Из-за достаточно высокой теплоемкости и возможности быть нагретым до температуры выше 100°C, водяной пар широко применяется и как теплоноситель. Например, в системах парового отопления.

Изучение водяного пара началось еще в XVI веке. Первая научная работа, посвященная его свойствам, была опубликована в XVII веке Дж. Портом. С широким распространением паровых машин в XIX-XX веках водяной пар снова привлек внимание ученых. Так, в середине XX века производились серьезные исследования поведения пара на сверхвысоких давлениях. Результаты исследований были изложены на четвертой международной конференции по свойствам водяного пара, проходившей в Нью-Йорке в 1963 году.


Видео по теме
Источники:
  • водяной пар формула
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500
к
Honor 6X Premium
новая премиальная версия
узнать больше