Vaporii de apă se obţin din cazane cu abur la presiune constantă şi temperatura constanta. În primul rând, apa este încălzită punctul de fierbere (rămâne constant) sau temperatura de saturație. . Odată cu încălzirea suplimentară, apa clocotită se transformă în abur și temperatura acesteia rămâne constantă până când apa se evaporă complet. Fierberea este procesul de vaporizare în întregul volum al unui lichid. Evaporare - vaporizarea de la suprafata lichidului.

Transferul de materie din stare lichidaîn gaz se numește vaporizare și de la starea gazoasă la starea lichidă condensare . Cantitatea de căldură care trebuie transmisă apei pentru a o schimba din stare lichidă în stare de vapori la punctul ei de fierbere se numește căldură de evaporare .

Cantitatea de căldură necesară pentru încălzire 1 kg apa la 1 0 C se numeste capacitatea termică a apei . = 1 kcal/kg. deg.

Punctul de fierbere al apei depinde de presiune (există tabele speciale):

R abs = 1 kgf / cm 2 = 1 atm, t k \u003d 100 ° С

R abs = 1,7 kgf / cm 2, t k \u003d 115 ° С

R abs = 5 kgf / cm 2, t k \u003d 151 ° С

R abs = 10 kgf/cm2, t k = 179°С

R abs = 14 kgf/cm2, t k = 195°С

La o temperatură a apei în camerele cazanelor la ieșire de 150 ° C și retur tîn-

la 70°C fiecare kg de apă transportă 80 kcal căldură.

În sistemele de alimentare cu abur 1 kg apă aburită portabil aproximativ 600 kcal căldură.

Apa este practic incompresibilă. Ocupă cel mai mic volum t=+4°С. La t peste și sub +4°C, volumul apei crește. Temperatura la care începe condensarea excesului de vapori de apă se numește t „punct de rouă”.

Distinge abur saturatși supraîncălzit.În timpul evaporării, unele dintre molecule zboară de pe suprafața lichidului și formează vapori deasupra acestuia. Dacă temperatura lichidului este menținută constantă, adică îi este furnizată în mod continuu căldură, atunci numărul de molecule ejectate va crește, în timp ce datorită mișcării haotice a moleculelor de vapori, concomitent cu formarea vaporilor, are loc procesul invers. - condensare în care o parte din moleculele de vapori revine în lichid .

Dacă evaporarea are loc într-un vas închis, atunci cantitatea de vapori va crește până la atingerea echilibrului, adică cantitatea de lichid și vapori devine constantă.

Un vapor care se află în echilibru dinamic cu lichidul său și are aceeași temperatură și presiune cu acesta se numește abur saturat.

Abur saturat umed, numit abur, în care se află picături de apă din cazan; se numește abur saturat fără picături de apă abur saturat uscat .

Proporția de abur saturat uscat în aburul umed se numește gradul de uscare a aburului (x). În acest caz, conținutul de umiditate al aburului va fi egal cu 1 - X. Pentru abur saturat uscat x = 1. Dacă căldura este transmisă aburului saturat uscat la presiune constantă, atunci se obține abur supraîncălzit. Temperatura aburului supraîncălzit este mai mare decât temperatura apei din cazan. Aburul supraîncălzit este obținut din aburul saturat uscat din supraîncălzitoare, care sunt instalate în coșurile cazanului.

Utilizarea aburului saturat umed nu este de dorit, deoarece atunci când se deplasează prin conducte de abur, șocuri hidraulice (șocuri puternice în interiorul conductelor) de condens care se acumulează în fitinguri, pe curbe și în locuri joase în conductele de abur, precum și în pompele de abur. , sunt posibile. Foarte periculos o scădere bruscă presiunea din cazanul de abur la atmosferică, ceea ce poate apărea ca urmare a unei încălcări de urgență a rezistenței cazanului, deoarece temperatura apei înainte de o astfel de schimbare a presiunii era peste 100 ° C, atunci căldura în exces este cheltuită pentru generarea de abur. , care apare aproape instantaneu. Cantitatea de abur crește brusc, ceea ce duce la o creștere instantanee a presiunii în cazan și la avarii grave. Cu cât volumul de apă din cazan este mai mare și cu cât temperatura acestuia este mai mare, cu atât consecințele unei astfel de distrugeri sunt mai mari. Volumul aburului este de 1700 de ori volumul apei.

supraîncălzit cupluri având o temperatură mai mare decât cea saturată la aceeași presiune - nu are umiditate. Aburul supraîncălzit este obținut într-un dispozitiv special - un supraîncălzitor, unde este încălzit aburul saturat uscat gaze de ardere. Aburul supraîncălzit nu este utilizat în încălzirea cazanelor, deci nu există supraîncălzitor.

Principalele proprietăți ale aburului saturat:

1) t sat. abur = t kip. apă la un R dat

2) t b.p. apa depinde de Rsteam din cazan

3) aburul saturat se condensează.

Principalele proprietăți ale aburului supraîncălzit:

1) aburul supraîncălzit nu se condensează

2) t aburul supraîncălzit nu depinde de presiunea aburului din cazan.

(Schema de obținere a aburului într-un cazan de abur) (cardurile de la pagina 28 sunt opționale)

Proprietățile vaporilor de apă

Ca un gaz real, considerăm vaporii de apă, care sunt utilizați pe scară largă în multe ramuri ale tehnologiei și, mai ales, în ingineria energiei termice, unde este principalul fluid de lucru. Prin urmare, studiul proprietăților termodinamice ale apei și vaporilor de apă este de mare importanță practică.

În toate domeniile productie industriala a folosit mult diverse substanțe: apă, amoniac, dioxid de carbon etc. Din care cel mai răspândit a primit vapori de apă, care este fluidul de lucru în turbine cu abur, motoare cu aburi, în instalații nucleare, lichid de răcire în diferite schimbătoare de căldură etc.

Procesul de schimbare a unei substanțe din stare lichidă în stare gazoasă se numește vaporizare. prin evaporare numită vaporizare, care apare întotdeauna la orice temperatură de la suprafața liberă a unui lichid sau corp solid. Procesul de evaporare constă în faptul că moleculele individuale înving cu viteză mare atracția moleculelor învecinate și zboară în spațiul înconjurător. Viteza de evaporare crește odată cu temperatura lichidului.

Procesul de fierbere constă în faptul că, dacă lichidului i se furnizează căldură, atunci la o anumită temperatură, în funcție de proprietăți fizice fluidul de lucru și presiunea, procesul de vaporizare începe atât pe suprafața liberă a lichidului, cât și în interiorul acestuia.

Se numește tranziția unei substanțe de la starea gazoasă la starea lichidă sau solidă condensare. Procesul de condensare, precum și procesul de vaporizare, se desfășoară la o temperatură constantă, dacă presiunea nu se modifică. Lichidul rezultat din condensarea aburului se numește condens.

Procesul prin care un solid se transformă direct în vapori se numește sublimare. Procesul invers de tranziție a vaporilor la starea solidă se numește desublimare.

Procesul de vaporizare. Concepte de bază și definiții. Luați în considerare procesul de obținere a aburului. Pentru a face acest lucru, punem 1 kg de apă la o temperatură de 0 ° C într-un cilindru cu piston mobil. Să aplicăm o forță constantă pistonului din exterior R. Apoi, cu aria pistonului F, presiunea va fi constantă și egală cu p = P/F. Să descriem procesul de vaporizare, adică transformarea unei substanțe din stare lichidă în stare gazoasă, în p, v diagramă (Fig. 14).

Orez. 14. Procesul de vaporizare în pv- diagramă

Starea inițială a apei sub presiune R și având o temperatură de 0 ° C, este reprezentat pe diagramă prin punctele a 1, a 2, a 3 . Când căldura este furnizată apei, temperatura acesteia crește treptat până când ajunge la punctul de fierbere t s , corespunzătoare acestei presiuni. În acest caz, volumul specific al lichidului scade mai întâi, ajunge valoarea minima la t = 4°C, iar apoi începe să crească. (O astfel de anomalie - o creștere a densității atunci când este încălzită într-un anumit interval de temperatură - puține lichide au). Pentru majoritatea lichidelor, volumul specific crește monoton la încălzire.) Starea lichidului adus la punctul de fierbere este reprezentată în diagramă de punctele b 1, b 2, b 3 .

Cu o alimentare suplimentară de căldură, apa începe să fiarbă cu o creștere puternică a volumului. Cilindrul conține acum un mediu cu două faze - un amestec de apă și abur, numit abur saturat umed. Saturat numit vapori, care se află în echilibru termic și dinamic cu lichidul din care se formează. Echilibrul dinamic este că numărul de molecule care zboară din apă în spațiul de vapori este egal cu numărul de molecule care se condensează pe suprafața sa. În spațiul de vapori în această stare de echilibru, există numărul maxim posibil de molecule la o temperatură dată. Pe măsură ce temperatura crește, numărul de molecule cu energie suficientă pentru a scăpa în spațiul de vapori crește. Echilibrul este restabilit datorită creșterii presiunii vaporilor, ceea ce duce la creșterea densității acesteia și, în consecință, a numărului de molecule care se condensează la suprafața apei pe unitatea de timp. Rezultă că presiunea unui vapor saturat este o funcție monoton crescătoare a temperaturii acestuia sau, ceea ce este același, temperatura unui vapor saturat este o funcție monoton crescătoare a presiunii sale.

Cu o creștere a volumului deasupra suprafeței lichidului, care are o temperatură de saturație, o anumită cantitate de lichid trece în vapori, cu o scădere a volumului, vaporii „excesul” trec din nou în lichid, dar în ambele cazuri presiunea vaporilor rămâne constantă. .

Dacă vaporizarea unui lichid are loc într-un spațiu nelimitat, atunci totul se poate transforma în abur. Dacă vaporizarea lichidului are loc într-un vas închis, atunci moleculele care scapă din lichid umplu spațiul liber de deasupra acestuia, în timp ce unele dintre moleculele care se mișcă în spațiul de vapori de deasupra suprafeței revin înapoi în lichid. La un moment dat între vaporizare și tranziția inversă a moleculelor de la vapor la lichid, poate apărea o egalitate în care numărul de molecule care părăsesc lichidul este egal cu numărul de molecule care se întorc înapoi în lichid. În acest moment, numărul maxim posibil de molecule va fi în spațiul de deasupra lichidului. Vaporii în această stare presupun o densitate maximă la o temperatură dată și se numesc saturate.

Astfel, vaporii în contact cu un lichid și în echilibru termic cu acesta se numesc saturati. Odată cu o schimbare a temperaturii lichidului, echilibrul este perturbat, provocând o modificare corespunzătoare a densității și presiunii vaporilor saturati.

Se numește un amestec în două faze, care este un vapor cu picături de lichid suspendate în elabur saturat umed. Astfel, vaporii de apă saturati umezi pot fi considerați ca un amestec de abur saturat uscat cu picături mici de apă suspendate în masa sa.

Fracția de masă a aburului saturat uscat în aburul umed se numește gradul de uscare a aburului și este notă cu litera X.Fractiune in masa apă clocotită în abur umed, egal cu 1- X, numit grad de umiditate. Pentru fierberea lichidului X= 0, iar pentru abur saturat uscat x= 1. Starea aburului umed se caracterizează prin doi parametri: presiunea (sau temperatura de saturație t s , care determină această presiune) și gradul de uscare a aburului.

Pe măsură ce este furnizată căldură, cantitatea de fază lichidă scade, iar faza de vapori crește. Temperatura amestecului rămâne neschimbată și egală cu t s , deoarece toată căldura este cheltuită la evaporarea fazei lichide. În consecință, procesul de vaporizare în această etapă este izobaric-izotermic. In cele din urma, Ultima picatura apa se transformă în abur, iar cilindrul este umplut doar cu abur, care se numește saturat uscat.

Se numesc vapori saturati, în care nu există particule în suspensie ale fazei lichide abur saturat uscat. Volumul și temperatura sa specifice sunt funcții de presiune. Prin urmare, starea aburului uscat poate fi setată de oricare dintre parametrii - presiune, volum specific sau temperatură.

Starea sa este reprezentată de punctele c 1 , c 2 , c 3 .

Punctele reprezintă abur supraîncălzit. Când căldura este transmisă aburului uscat la aceeași presiune, temperatura acestuia va crește, aburul se va supraîncălzi. Punctul d (d 1, d 2, d 3) descrie starea aburului supraîncălzit și, în funcție de temperatura aburului, poate fi situat pe distante diferite de la punctul c.

În acest fel, supraîncălzit se numește abur, a cărui temperatură depășește temperatura aburului saturat de aceeași presiune.

Deoarece volumul specific al aburului supraîncălzit la aceeași presiune este mai mare decât cel al aburului saturat, există mai puține molecule pe unitatea de volum de abur supraîncălzit, ceea ce înseamnă că are o densitate mai mică. Starea aburului supraîncălzit, ca orice gaz, este determinată de oricare doi parametri independenți.

Procesul de obținere a aburului saturat uscat la presiune constantă este descris în caz general graficul abc și abur supraîncălzit în cazul general - graficul abсd, în timp ce ab este procesul de încălzire a apei până la punctul de fierbere, bc este procesul de vaporizare care are loc simultan la presiune constantă și la temperatură constantă, adică procesul bc este izobar și în același timp izotermă și, în cele din urmă, cd - procesul de supraîncălzire a aburului la presiune constantă, dar la creșterea temperaturii. Între punctele b și c există abur umed cu diferite valori intermediare ale gradului de uscăciune.

Curba I apă rece este reprezentată de o linie paralelă cu axa y, presupunând că apa este incompresibilă și, prin urmare, volumul specific al apei este aproape independent de presiune. Curba II se numește curba limită inferioară sau curba lichidului, iar curba III se numește curba limită superioară sau curba aburului saturat uscat. Curba II separă regiunea lichidului de regiunea vaporilor saturați din diagramă, iar curba III separă regiunea vaporilor saturați de regiunea vaporilor supraîncălziți.

Punctele a 1 , a 2 și a 3 , care descriu starea a 1 kg de apă rece la o temperatură de 0 ° C și presiuni diferite, sunt situate aproape pe aceeași verticală. Punctele b 1 , b 2 și b 3 se deplasează spre dreapta odată cu creșterea presiunii, deoarece temperaturile de fierbere t H și, în consecință, volumele specifice de apă clocotită cresc în mod corespunzător. Punctele c 1 , c 2 și c 3 se deplasează spre stânga, astfel încât odată cu creșterea presiunii, volumul specific de abur scade în ciuda creșterii temperaturii.

Din diagrama pv se poate observa că, odată cu creșterea presiunii, punctele b 1, b 2 și b 3 și c 1 cu 2 și cu 3 se apropie, adică diferența dintre volumele specifice de abur saturat uscat și apă clocotită. scade treptat (segmente bc). În cele din urmă, la o anumită presiune, această diferență devine egală cu zero, adică punctele b și c coincid, iar liniile II și III converg. Punctul de întâlnire al ambelor curbe se numește punct critic și este notat cu litera k. Starea corespunzătoare punctului k se numește stare critică.

Parametrii vaporilor de apă din starea critică sunt următorii: presiunea p k = 225,65 ata; temperatura t \u003d 374,15 ° C, volum specific v K \u003d 0,00326 m 3 / kg.

În punctul critic, apa clocotită și aburul au aceiași parametri de stare, iar o modificare a stării de agregare nu este însoțită de o modificare a volumului. Cu alte cuvinte, în starea critică, granița condiționată care separă aceste două faze ale materiei dispare. La temperaturi peste cea critică (t > t K), vaporii supraîncălziți (gazul) nu pot fi transformați în lichid prin nicio creștere a presiunii.

Temperatura critică este maximă temperatura posibila coexistenţa a două faze: lichid şi vapori saturati. La temperaturi peste cea critică, este posibilă o singură fază. Denumirea acestei faze (vapori lichidi sau supraîncălziți) este arbitrară într-o oarecare măsură și este determinată de obicei de temperatura acesteia. Toate gazele sunt foarte supraîncălzite peste perechi T cr. Cu cât temperatura de supraîncălzire este mai mare (la o anumită presiune), cu atât proprietățile aburului sunt mai apropiate de un gaz ideal.

vapor de apă - fluid de lucru în turbine cu abur, motoare cu abur, centrale nucleare, lichid de răcire în diferite schimbătoare de căldură.

Aburi - un corp gazos într-o stare apropiată de un lichid în fierbere.

vaporizare - procesul de schimbare a unei substanțe din stare lichidă în stare vapori.

Evaporare - vaporizarea, care are loc întotdeauna la orice temperatură de la suprafața lichidului.

La o anumită temperatură, în funcție de natura lichidului și de presiunea sub care se află, se produce vaporizarea în întreaga masă a lichidului. Acest proces se numește fierbere .

Procesul invers de vaporizare se numește condensare . Condensarea, ca și vaporizarea, are loc la o temperatură constantă.

Procesul prin care un solid se transformă direct în vapori se numește sublimare . Proces invers de trecere a aburului la stare solidă numit desublimare .

Când un lichid se evaporă într-un spațiu restrâns (în cazanele cu abur), fenomenul opus apare simultan - condensarea aburului. Dacă viteza de condensare devine viteză egală evaporare, apoi apare echilibrul dinamic. Vaporii în acest caz au o densitate maximă și se numesc bogat BAC .

Dacă temperatura aburului este mai mare decât temperatura aburului saturat de aceeași presiune, atunci un astfel de abur se numește supraîncălzit .

Se numește diferența dintre temperatura aburului supraîncălzit și temperatura aburului saturat la aceeași presiune gradul de supraîncălzire .

Deoarece volumul specific al aburului supraîncălzit este mai mare decât volumul specific al aburului saturat, densitatea aburului supraîncălzit este mai mică decât densitatea aburului saturat. Prin urmare, aburul supraîncălzit este nesaturat.

În momentul evaporării ultimei picături de lichid într-un spațiu limitat, fără modificarea temperaturii și presiunii (adică atunci când lichidul încetează să se evapore), uscat saturat aburi . Starea unui astfel de abur este determinată de un parametru - presiunea.

Se numește amestecul mecanic de picături uscate și mici de lichid umed BAC .

Fracția de masă a aburului uscat în abur umed - grad de uscăciune X:

x=m cn /m vp , (6.7)

Unde m cn- masa de abur uscat in umed; m vp este masa de abur umed.

Fractiune in masa la lichide în abur umed - grad umiditate :

la= 1–X = 1–m cn /m vp = (m vp –m cn)/m vp . (6.8)

6.4. Caracteristicile aerului umed

Aerul atmosferic, constând în principal din oxigen, azot, dioxid de carbon, conține întotdeauna vapori de apă.

Se numește un amestec de aer uscat și vapori de apă umed aer . Aerul umed la o anumită presiune și temperatură poate conține cantități variate de vapori de apă.

Se numește un amestec de aer uscat și vapori de apă saturati umed saturat aer . În acest caz, cantitatea maximă posibilă de vapori de apă pentru o anumită temperatură este în aerul umed. Pe măsură ce acest aer se răcește, vaporii de apă se vor condensa. Presiunea parțială a vaporilor de apă din acest amestec este egală cu presiunea de saturație la o temperatură dată.

Dacă aerul umed conține vapori de apă în stare supraîncălzită la o anumită temperatură, atunci se numește nesaturat . Deoarece nu conține cantitatea maximă posibilă de vapori de apă pentru o anumită temperatură, este capabil să se umezească în continuare. Acest aer este folosit ca agent de uscareîn diverse uscătoare.

Conform legii lui Dalton, presiunea R aerul umed este suma presiunilor parțiale ale aerului uscat R înși vapori de apă R P :

p = p în + p P . (6.9)

Valoare maximă p P la o anumită temperatură a aerului umed este presiunea vaporilor de apă saturați p n .

Pentru a găsi presiunea parțială a aburului, se folosește un dispozitiv special - higrometru . Acest dispozitiv este folosit pentru a determina punct de condensare , adică temperatura t p la care aerul trebuie răcit la presiune constantă pentru a deveni saturat.

Cunoscând punctul de rouă, este posibil să se determine presiunea parțială a vaporilor în aer din tabele ca presiune de saturație p n corespunzătoare punctului de rouă t p .

Absolut umiditate aerul se numește cantitatea de vapori de apă din 1 m 3 de aer umed. Umiditatea absolută este egală cu densitatea vaporilor la presiunea parțială și temperatura aerului t n .

Raportul dintre umiditatea absolută a aerului nesaturat la o anumită temperatură și umiditatea absolută a aerului saturat la aceeași temperatură se numește relativ umiditate aer

φ=s P /Cu n sau φ= (Cu P /Cu n) 100%, (6,10)

Pentru aer uscat φ =0, pentru nesaturate φ <1, для насыщенного φ =1 (100%).

Considerând vaporii de apă ca un gaz ideal, conform legii Boyle-Mariotte, raportul densităților poate fi înlocuit cu raportul presiunilor. Apoi:

φ=ρ P /ρ n sau φ= p P / p n·100%. (6,11)

Densitatea aerului umed este formată din masele de aer uscat și vapori de apă conținute în 1 m 3 de volum:

ρ=ρ în +ρ P = p în / (R în T)+φ/ v′′ . (6.12)

Greutatea moleculară a aerului umed este determinată de formula:

μ =28,95–10,934φ∙ p n / p . (6.13)

Valori p nși v′′ la temperatura aerului t luate de pe masa cu vapori de apă, φ - conform psihometrului, p- cu barometru.

Conținutul de umiditate este raportul dintre masa aburului și masa aerului uscat:

d=M P /M în , (6.14)

Unde M P , M în- mase de abur si aer uscat in aer umed.

Relația dintre conținutul de umiditate și umiditatea relativă:

d=0,622φ· p n ·/( p - φ· p n). (6.15)

Constanta gazului aer:

R=8314/μ =8314/(28,95–10,934 μ· p n / p). (6.16)

Este valabilă și următoarea formulă:

R = (287+462d)/(1+d).

Volumul de aer umed per 1 kg de aer uscat:

V ow.v = R T/p. (6.17)

Volumul specific de aer umed:

v=V ow.v /(1+d). (6.17a)

Capacitatea termică a masei specifice a amestecului de abur-aer:

Cu cm = cu în +d s P . (6.18)

Desigur, ai observat că dacă părăsești râul și nu te ștergi cu un prosop, atunci după un timp pielea ta va deveni uscată.

Aceasta înseamnă că apa de la suprafața corpului tău s-a evaporat. Evaporarea este trecerea de la starea lichidă a apei la vapori. Puteți observa acest fenomen în natură peste tot.

Evaporarea are loc constant din stratul de suprafață al mărilor și oceanelor, obiecte umede (de exemplu, atunci când ștergeți o tablă cu o cârpă umedă).

Pentru toate ființele vii și plantele, procesul de evaporare este, de asemenea, caracteristic. Datorită acestui fenomen, organismele vii sunt capabile să-și regleze temperatura corpului. Probabil ați observat că apa de la suprafața corpului se evaporă mai repede dacă este vânt sau soarele strălucește puternic afară.

Într-adevăr, odată cu creșterea temperaturii și prezența vântului, evaporarea are loc mai intens, astfel că bălțile se usucă mai repede vara decât toamna. Iarna, acest proces încetinește complet, dar nu se oprește. Chiar și hainele umede atârnate afară și acoperite cu o crustă de gheață vor deveni în continuare uscate. Procesul de evaporare, chiar și în astfel de condiții, continuă. La o temperatură de + 100 ° C, starea lichidă a apei, din cauza fierberii, se transformă într-un vapor. În acest moment se observă cel mai activ proces de evaporare.

Aburul rezultat de la suprafața pământului începe să crească. Știi că aerul cald este mult mai ușor decât aerul rece, așa că începe să se ridice, grăbindu-se în sus. Dar odată cu creșterea altitudinii, temperatura aerului începe să scadă brusc, iar apa se răcește, formând mici picături de apă. Deci sunt nori pe care îi poți observa în fiecare zi pe cer. Ele pot conține numeroase picături de apă. Aceștia sunt nori de apă. Unele dintre ele pot conține cristale mici. Astfel de nori se numesc nori de gheață. Și dacă în compoziție se observă atât picături de apă, cât și cristale, atunci acestea sunt amestecate. Norii de gheață se formează la cele mai mari altitudini.

Procesul de formare a picăturilor de apă din abur este inversul procesului de evaporare, se numește condensare (din latină - „condensare”). În natură, puteți observa acest proces atunci când cade roua și apar ceață.

Fenomenul de condensare este utilizat activ în farmacologie. Astfel, se epurează apa, care este folosită în cercetările de laborator și la fabricarea medicamentelor. Procesul constă din trei etape: apa este transformată în abur, aburul este re-lichid, iar picăturile rezultate sunt colectate prin scurgere (distilare). Am apă distilată. Dar nu este absolut pur, deoarece particulele de aer atmosferic sunt amestecate cu el. O compoziție aproape similară se observă în zăpada purificată sau în apa de ploaie.

COMBINA UTILUL CU PLACUTUL !

De unde vine apa?

Ţintă

Aflați despre procesul de condensare.

materiale

• recipient cu apă caldă
• oglindă.

Am ținut oglinda rece deasupra aburului. Am examinat picăturile de apă care au apărut pe ea. De unde a venit apa asta?

Acest abur s-a așezat pe oglindă și s-a răcit, transformându-se în apă. Au mai repetat, dar cu o oglindă caldă - sunt foarte puține picături de apă.

De ce?

Procesul de transformare a aburului în apă are loc atunci când aburul este răcit.

Unde se duce apa?

Ţintă

Pentru a identifica procesul de evaporare a apei, dependența ratei de evaporare de condiții (temperatura aerului, prezența vântului).

materiale

• Trei recipiente identice cu aceeași cantitate de apă.

Este necesar să turnați aceeași cantitate de apă în recipient, să faceți un semn de nivel și să o plasați în diferite condiții: pe baterie, lângă fereastră și într-un loc răcoros (dulap).

Acum observăm procesul de evaporare a apei, îl înregistrăm în jurnalul de observație.

De ce?

Apa se evaporă mai repede la căldură (lângă baterie), apoi lângă fereastră (vânt - curent de aer), în ultimul rând în dulap (e rece acolo, nu este curent).

Vaporii de apă se transformă în picături de apă?

Vei avea nevoie:

• .Fierbător
• .Arzător
• .Apă
• .Cană de metal
• Mai multe cuburi de gheață și apă cu gheață

Proces tehnologic:

1. Umple ibricul cu apă.
2. Lasă apa să fiarbă.
3. Pune câteva cuburi de gheață și apă cu gheață într-o cană de metal.
4. Când fierbătorul fierbe, asigurați-vă că fluxul de abur este îndreptat către cana de metal.

Care este rezultatul?

Pe suprafața exterioară a cănii metalice apar picături de apă.

De ce?

Vaporii de apă se transformă în picături de apă atunci când intră în contact cu o suprafață rece. Acest proces, în timpul căruia apa trece din starea gazoasă în starea lichidă, se numește „condensare”. Datorita faptului ca cana de metal este mult mai rece decat apa clocotita din ibric, jetul de abur care iesea din ea s-a transformat in picaturi de apa imediat ce a atins suprafata canii.

VAPORI DE APĂ ÎN ATMOSFERĂ

UMIDITATEA AERULUI. CARACTERISTICI ALE CONȚINUTULUI DE VAPORI DE APĂ ÎN ATMOSFERĂ

Umiditatea este cantitatea de vapori de apă din atmosferă. Vaporii de apă sunt una dintre cele mai importante componente ale atmosferei pământului.

Vaporii de apă intră continuu în atmosferă datorită evaporării apei de la suprafața rezervoarelor, a solului, zăpezii, gheții și vegetației, care consumă în medie 23% din radiația solară care vine la suprafața pământului.

Atmosfera conține în medie 1,29 1013 tone de umiditate (vapori de apă și apă lichidă), ceea ce este echivalent cu un strat de apă de 25,5 mm.

Umiditatea aerului se caracterizează prin următoarele cantități: umiditatea absolută, presiunea parțială a vaporilor de apă, presiunea vaporilor de saturație, umiditatea relativă, deficitul de saturație a vaporilor de apă, temperatura punctului de rouă și umiditatea specifică.

Umiditatea absolută a (g/m3) - cantitatea de vapori de apă, exprimată în grame, conținută în 1 m3 de aer.

Presiunea parțială (elasticitatea) vaporilor de apă e - presiunea reală a vaporilor de apă în aer, măsurată în milimetri de mercur (mm Hg), milibari (mb) și hectopascali (hPa). Presiunea vaporilor de apă este adesea denumită umiditate absolută. Cu toate acestea, aceste concepte diferite nu pot fi confundate, deoarece reflectă cantități fizice diferite de aer atmosferic.

Presiunea vaporilor de apă saturati, sau elasticitatea de saturație, E este valoarea maximă posibilă a presiunii parțiale la o anumită temperatură; măsurată în aceleaşi unităţi cu e. Elasticitatea de saturaţie creşte odată cu creşterea temperaturii. Asta înseamnă că cu mai mult temperatura ridicata aerul este capabil să rețină mai mulți vapori de apă decât la o temperatură mai scăzută.

Umiditatea relativă f este raportul dintre presiunea parțială a vaporilor de apă conținut în aer și presiunea vaporilor de apă saturați la o temperatură dată. De obicei, este exprimat ca procent față de cel mai apropiat număr întreg:

Umiditatea relativă exprimă gradul de saturație a aerului cu vapori de apă.

Deficitul de saturație a vaporilor de apă (deficiența de saturație) d este diferența dintre elasticitatea de saturație și elasticitatea efectivă a vaporilor de apă:

= E- e.

Deficitul de saturație este exprimat în aceleași unități și cu aceeași precizie ca și valorile e și E. Pe măsură ce umiditatea relativă crește, deficitul de saturație scade și la / = 100% devine egal cu zero.

Deoarece E depinde de temperatura aerului și e - de conținutul de vapori de apă din acesta, deficitul de saturație este o valoare complexă care reflectă conținutul de căldură și umiditate al aerului. Acest lucru face posibilă utilizarea deficitului de saturație mai larg decât alte caracteristici de umiditate pentru a evalua condițiile de creștere ale plantelor agricole.

Punct de rouă td (°C) - temperatura la care vaporii de apă conținuti în aer la o presiune dată atinge o stare de saturație în raport cu o suprafață plană de apă curată chimic. La /= 100%, temperatura reală a aerului este egală cu punctul de rouă. La temperaturi sub punctul de rouă, condensarea vaporilor de apă începe cu formarea de ceață, nori, iar roua, înghețul și înghețul se formează pe suprafața pământului și a obiectelor.

Umiditate specifică q (g / kg) - cantitatea de vapori de apă în grame conținută în 1 kg de aer umed:

q= 622 e/R,

unde e este elasticitatea vaporilor de apă, hPa; P este presiunea atmosferică, hPa.

Umiditatea specifică este luată în considerare în calculele zoomteorologice, de exemplu, la determinarea evaporării de la suprafața organelor respiratorii la animalele de fermă și la determinarea costurilor energetice corespunzătoare.

MODIFICĂRI ALE CARACTERISTICILOR UMIDITĂȚII AERULUI ÎN ATMOSFERĂ CU ALTITUDINE

Cea mai mare cantitate de vapori de apă este conținută în straturile inferioare de aer direct adiacente suprafeței de evaporare. Vaporii de apă pătrund în straturile de deasupra ca urmare a difuziei turbulente.

Pătrunderea vaporilor de apă în straturile de deasupra este facilitată de faptul că este de 1,6 ori mai ușor decât aerul (densitatea vaporilor de apă în raport cu aerul uscat la 0 "C este de 0,622), prin urmare aerul îmbogățit cu vapori de apă, deoarece mai puțin. dens, tinde să se ridice în sus.

Distribuția elasticității vaporilor de apă de-a lungul verticală depinde de modificarea presiunii și a temperaturii cu înălțimea, de procesele de condensare și formare a norilor. Prin urmare, este dificil de stabilit teoretic modelul exact al modificărilor elasticității vaporilor de apă cu înălțimea.

Presiunea parțială a vaporilor de apă scade cu înălțimea de 4-5 ori mai repede decât presiunea atmosferică. Deja la o altitudine de 6 km, presiunea parțială a vaporilor de apă este de 9 ori mai mică decât la nivelul mării. Acest lucru se explică prin faptul că vaporii de apă pătrund continuu în stratul de suprafață al atmosferei ca urmare a evaporării de pe suprafața activă și difuzării acesteia datorită turbulenței. În plus, temperatura aerului scade odată cu înălțimea, iar conținutul posibil de vapori de apă este limitat de temperatură, deoarece scăderea acesteia contribuie la saturarea vaporilor și la condensarea acestuia.

Scăderea presiunii vaporilor cu înălțimea poate alterna cu creșterea acesteia. De exemplu, într-un strat de inversare, presiunea vaporilor crește de obicei cu înălțimea.

Umiditatea relativă este distribuită neuniform pe verticală, dar în medie scade odată cu înălțimea. În stratul de suprafață al atmosferei în zilele de vară, crește oarecum cu înălțimea datorită scăderii rapide a temperaturii aerului, apoi începe să scadă din cauza scăderii alimentării cu vapori de apă și crește din nou la 100% în stratul de formare a norilor. . În straturile de inversare, scade brusc odată cu înălțimea ca urmare a creșterii temperaturii. Umiditatea relativă se modifică mai ales neuniform până la o înălțime de 2...3 km.

VARIAȚIA ZILNICĂ ȘI ANUALĂ A UMIDITĂȚII AERULUI

În stratul de suprafață al atmosferei se observă o variație zilnică și anuală bine definită a conținutului de umiditate, asociată cu schimbările periodice de temperatură corespunzătoare.

Cursul zilnic al elasticității vaporilor de apă și al umidității absolute peste oceane, mări și în zonele de coastă ale uscatului este similar cu cursul zilnic al apei și temperaturii aerului: un minim înainte de răsărit și un maxim la 14...15 ore. se datorează evaporării foarte slabe (sau absenței acesteia) în acest moment al zilei. În timpul zilei, pe măsură ce temperatura crește și, în consecință, evaporarea, conținutul de umiditate din aer crește. Acesta este același curs diurn al elasticității vaporilor de apă pe continente iarna.

În sezonul cald, în adâncurile continentelor, variația zilnică a conținutului de umiditate are forma unui val dublu (Fig. 5.1). Prima minimă apare dimineața devreme împreună cu temperatura minimă. După răsăritul soarelui, temperatura suprafeței active crește, rata de evaporare crește, iar cantitatea de vapori de apă din atmosfera inferioară crește rapid. O astfel de creștere continuă până la 8-10 ore, în timp ce evaporarea prevalează asupra transferului de vapori de la straturile de jos în straturile superioare. După 8-10 ore, intensitatea amestecării turbulente crește, în legătură cu care vaporii de apă sunt transferați rapid în sus. Acest debit de vapori de apă nu mai are timp să fie compensat prin evaporare, drept urmare conținutul de umiditate și, în consecință, elasticitatea vaporilor de apă din stratul de suprafață scad și atinge cel de-al doilea minim la 15–16 h. în atmosfera prin evaporare este încă în desfășurare. Presiunea vaporilor si umiditatea absoluta din aer incep sa creasca si ajung la al doilea maxim la 20-22 ore. Noaptea, evaporarea aproape se oprește, rezultând o scădere a conținutului de vapori de apă.

Cursul anual al elasticității vaporilor de apă și al umidității absolute coincid cu cursul anual al temperaturii aerului atât peste ocean, cât și pe uscat. În emisfera nordică, conținutul maxim de umiditate al aerului este observat în iulie, cel minim - în ianuarie. De exemplu, în Sankt Petersburg, presiunea medie lunară a aburului în iulie este de 14,3 hPa, iar în ianuarie - 3,3 hPa.

Cursul zilnic al umidității relative depinde de presiunea vaporilor și elasticitatea de saturație. Odată cu creșterea temperaturii suprafeței de evaporare, viteza de evaporare crește și, în consecință, crește e. Dar E crește mult mai repede decât e, prin urmare, cu o creștere a temperaturii suprafeței și, odată cu aceasta, temperatura aerului, umiditatea relativă. scade [vezi. formula (5.1)]. Ca urmare, cursul său lângă suprafața pământului se dovedește a fi inversul temperaturii suprafeței și aerului: umiditatea relativă maximă are loc înainte de răsăritul soarelui, iar cea minimă - la 15:00 (Fig. 5.2). Scăderea sa diurnă este deosebit de pronunțată pe continente vara, când, ca urmare a difuziei turbulente a vaporilor în sus, e în apropierea suprafeței scade, iar datorită creșterii temperaturii aerului, E crește. Prin urmare, amplitudinea fluctuațiilor zilnice ale umidității relative de pe continente este mult mai mare decât pe suprafețele apei.

În cursul anual, umiditatea relativă a aerului, de regulă, se modifică și în direcția opusă temperaturii. De exemplu, în Sankt Petersburg, umiditatea relativă medie în luna mai este de 65%, iar în decembrie - 88% (Fig. 5.3). În regiunile cu climă musoonală, umiditatea relativă minimă are loc iarna, iar cea maximă vara datorită transferului de vară a maselor de aer umed marin pe uscat: de exemplu, în Vladivostok vara /= 89%, iarna /= 68%.

Cursul deficitului de saturație a vaporilor de apă este paralel cu evoluția temperaturii aerului. În timpul zilei, deficitul este cel mai mare la 14-15 ore, iar cel mai mic - înainte de răsărit. Pe parcursul anului, deficitul de saturație a vaporilor de apă are un maxim în luna cea mai caldă și un minim în cea mai rece. În regiunile aride de stepă ale Rusiei, vara, la ora 13:00, se observă anual un deficit de saturație care depășește 40 hPa. În Sankt Petersburg, deficitul de saturație a vaporilor de apă în iunie este în medie de 6,7 hPa, iar în ianuarie - doar 0,5 hPa

UMIDITATEA AERULUI ÎN COPERTURA VEGETATĂ

Acoperirea cu vegetație are o mare influență asupra umidității aerului. Plantele evaporă o cantitate mare de apă și îmbogățesc astfel stratul de suprafață al atmosferei cu vapori de apă; se observă un conținut crescut de umiditate al aerului în comparație cu suprafața goală. Acest lucru este facilitat și de o scădere a vitezei vântului de către stratul de vegetație și, în consecință, de difuzia turbulentă a vaporilor. Acest lucru este deosebit de pronunțat în timpul zilei. Presiunea vaporilor din interiorul coroanelor copacilor în zilele senine de vară poate fi cu 2...4 hPa mai mult decât în ​​aer liber, în unele cazuri chiar și 6...8 hPa. În interiorul agrofitocenozelor, este posibilă creșterea elasticității aburului în comparație cu câmpul de abur cu 6...11 hPa. Seara și noaptea, influența vegetației asupra conținutului de umiditate este mai mică.

Vegetația are, de asemenea, o mare influență asupra umidității relative. Așadar, în zilele senine de vară, în interiorul culturilor de secară și grâu, umiditatea relativă este de 15 ... peste solul gol. În culturi, cea mai mare umiditate relativă se observă la suprafața solului umbrită de plante, iar cea mai scăzută - în nivelul superior al frunzelor (Tabelul 5.1). Distribuția verticală a umidității relative și deficit de saturație

Deficitul de saturație a vaporilor de apă, respectiv, în culturi este mult mai mic decât peste solul gol. Distribuția sa se caracterizează printr-o scădere de la stratul superior de frunze la cel inferior (vezi Tabelul 5.1).

S-a remarcat anterior că învelișul de vegetație afectează semnificativ regimul de radiații (vezi cap. 2), temperatura solului și aerul (vezi cap. 3 și 4), modificându-le semnificativ față de o zonă deschisă, adică într-o plantă. comunitate, propriu, regim meteorologic deosebit – fitoclimat. Cât de puternic este exprimat depinde de specie, habitus și vârsta plantelor, densitatea de plantare, metoda de semănat (plantare).

Influențează fitoclimatul și condițiile meteorologice - pe vreme înnorată și senină, caracteristicile fitoclimatice sunt mai pronunțate.

VALOAREA UMIDITĂȚII AERULUI PENTRU PRODUCȚIA AGRICOLĂ

Vaporii de apă din atmosferă sunt, după cum s-a observat în capitolul 2, de mare importanță în menținerea căldurii pe suprafața pământului, deoarece absoarbe căldura radiată de acesta. Umiditatea este unul dintre elementele vremii esențiale pentru producția agricolă.

Umiditatea aerului are o mare influență asupra plantei. Ea determină în mare măsură intensitatea transpirației. La temperatură ridicată și umiditate scăzută (/"< 30 %) транспирация резко увеличивается и у растений возникает большой недостаток воды, что отражается на их росте и развитии. Например, отмечается недоразвитие генеративных органов, задерживается цветение.

Umiditatea scăzută în perioada de înflorire determină uscarea polenului și, în consecință, fertilizarea incompletă, ceea ce la cereale, de exemplu, provoacă prin bob. În timpul perioadei de umplere a boabelor, uscarea excesivă a aerului duce la faptul că boabele se dovedesc a fi slabe, randamentul scade.

Conținutul scăzut de umiditate al aerului duce la fructe cu fructe mici, culturi de fructe de pădure, struguri, depunere slabă a mugurilor pentru recolta de anul următor și, în consecință, o scădere a randamentului.

Umiditatea afectează și calitatea recoltei. Se observă că umiditatea scăzută reduce calitatea fibrei de in, dar îmbunătățește calitatea de coacere a grâului, proprietățile tehnice ale uleiului de in, conținutul de zahăr din fructe etc.

Deosebit de nefavorabilă este scăderea umidității relative a aerului cu lipsa umidității solului. Dacă vremea caldă și uscată durează mult timp, plantele se pot usca.

O creștere prelungită a conținutului de umiditate (/> 80%) are, de asemenea, un efect negativ asupra creșterii și dezvoltării plantelor. Umiditatea excesivă a aerului determină o structură cu celule mari a țesutului vegetal, care ulterior duce la adăpostirea culturilor de cereale. În perioada de înflorire, o astfel de umiditate a aerului împiedică polenizarea normală a plantelor și reduce randamentul, deoarece anterele se deschid mai puțin, zborul insectelor scade.

Umiditatea crescută a aerului întârzie debutul coacerii bobului complet, crește conținutul de umiditate în cereale și paie, ceea ce, în primul rând, afectează negativ funcționarea recoltelor și, în al doilea rând, necesită costuri suplimentare pentru uscarea cerealelor (Tabelul 5.2).

O scădere a deficitului de saturație la 3 hPa sau mai mult duce la aproape încetarea recoltării din cauza condițiilor proaste.

În sezonul cald, umiditatea crescută a aerului contribuie la dezvoltarea și răspândirea unui număr de boli fungice ale culturilor agricole (pucesul tardiv al cartofilor și roșiilor, mucegaiul strugurilor, putregaiul alb al floarea soarelui, tipuri diferite rugina culturilor de cereale etc.). Influența acestui factor crește în special odată cu creșterea temperaturii (Tabelul 5.3).

5.3. Numărul de plante de grâu de primăvară Cesium 111 afectate de smut, în funcție de umiditate și temperatura aerului

În echilibrul termic al animalelor de fermă și al oamenilor, transferul de căldură este asociat cu umiditatea aerului. La temperaturi ale aerului sub 10 ° C, umiditatea ridicată îmbunătățește transferul de căldură al organismelor, iar la temperaturi ridicate îl încetinește.