1. Podstawowe informacje na temat technologii wykorzystujących parę wodną

    

   1. Fazy wody

2.  

   Większość substancji występuje w jednym z trzech stanów skupienia: stałym, ciekłym lub gazowym. Substancje w tych stanach nazywamy odpowiednio ciałami stałymi, cieczami i gazami. Woda, lód i para to odpowiednio ciecz, ciało stałe i gaz. Dobrym sposobem na poznanie właściwości pary jest zrozumienie zarysu budowy cząsteczkowej substancji i zastosowanie ich do lodu, wody i pary. Budowę molekularną łatwo zrozumieć, jeśli wyobrazimy sobie cząsteczki jako elektrycznie połączone ze sobą.

    

   Cząsteczka to najmniejsza jednostka, która przejawia wszystkie właściwości, jakie wykazuje dana substancja.

   Związek składający się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu zapisujemy jako H2O. Jest to jego wzór chemiczny. Woda to związek bardzo rozpowszechniony na Ziemi, gdyż zarówno wodór, jak i tlen to najczęściej spotykane we wszechświecie pierwiastki.

    

   1. Lód (ciało stałe)

       

      Cząsteczki lodu są ze sobą sztywno połączone, ponieważ znajdują się blisko siebie i układają się, tworząc uporządkowaną strukturę przypominającą siatkę. W tej strukturze krystalicznej każda z cząsteczek drga w ograniczonym zakresie. Podgrzewanie kawałka lodu powoduje zwiększenie energii kinetycznej drgań, co z kolei będzie skutkować zerwaniem wiązań pomiędzy niektórymi cząsteczkami. Lód zaczyna się topić i zmienia stan skupienia ze stałego w ciekły. Temperatura, w której rozpoczyna się topnienie, nazywana jest temperaturą topnienia.

       

      Dla wody wynosi ona 0°C pod ciśnieniem atmosferycznym. Im wyższe ciśnienie, tym wyższa temperatura topnienia. Temperatura mieszaniny (ciekłej) wody i lodu pozostaje na poziomie temperatury topnienia, podczas gdy sieć cząsteczek wody w lodzie ulega rozpadowi (co nazywamy topnieniem). W ten sposób całe dostarczone ciepło jest zużywane na topnienie. Tę ilość ciepła nazywamy ciepłem topnienia lub (bardziej precyzyjnie) entalpią topnienia. Zmiana stanu ze stałego na ciekły jest odwracalna; ciecz krzepnie wydzielając tę samą ilość ciepła. Tę ilość ciepła (równą ciepłu topnienia) nazywamy ciepłem krzepnięcia.

       

      Gdy substancja zmienia stan ze stałego w ciekły, gęstość większości substancji maleje. Dlatego odległość między cząsteczkami cieczy jest większa niż między cząsteczkami ciała stałego. H2O to jednak wyjątkowy przypadek, ponieważ jej gęstość wzrasta wskutek topnienia. Dlatego lód unosi się na powierzchni wody.

   2. Woda (stan ciekły)

       

      W stanie ciekłym cząsteczki poruszają się swobodnie i często zderzają się ze sobą. Jednak odległości między cząsteczkami są nadal niewielkie, ponieważ siły przyciągające cząsteczki wody do siebie są nadal potężne. Cząsteczki zaczynają się intensywniej poruszać, temperatura rośnie z powodu dostarczania ciepła, aż do osiągnięcia punktu wrzenia.

   3. Para (stan gazowy)

 

Wraz ze wzrostem temperatury wody jej gęstość maleje. Jeśli źródło ciepła nie znajduje się na górze, cieplejsze cząsteczki unoszą się do góry, a zimniejsze opadają w procesie zwanym konwekcją. Niektóre cząsteczki wody na powierzchni mogą przejść w stan gazowy, choć temperatura pozostaje poniżej temperatury nasycenia, jeśli ciecz styka się z innymi substancjami w stanie gazowym (np. powietrzem); jest to proces zwany parowaniem. Liczba odparowanych cząsteczek wody wzrasta aż do osiągnięcia przez wodę temperatury nasycenia; w tym punkcie przemiana fazowa z cieczy w gaz przechodzi z parowania w wrzenie. W przeciwieństwie do parowania wrzenie zachodzi przy źródle ciepła, a nie na powierzchni, i dlatego można je rozpoznać po pęcherzykach pary unoszących się od źródła ciepła do powierzchni.

 

 

Jeżeli ciśnienie się nie zmienia, temperatura nie wzrasta nawet wtedy, gdy do wody nadal doprowadzane jest ciepło, aż cała woda zamieni się w parę. Całe to ciepło zostaje wykorzystane w procesie parowania i dlatego nazywane jest ciepłem utajonym lub ciepłem parowania. Temperatura wrzącej wody (wody nasyconej) i pary nasyconej jest taka sama, ale energia cieplna przypadająca na jednostkę masy pary jest znacznie większa niż w przypadku wody. Proces parowania jest odwracalny, podobnie jak zmiana stanu skupienia z lodu w wodę. Proces przemiany z pary wodnej (gaz) w wodę (ciecz) nazywamy skraplaniem, a ciecz powstałą wskutek tego procesu możemy określać mianem kondensatu. Podczas kondensacji ciepło wydziela się wskutek skraplania pary, w takiej samej ilości, jaka została pochłonięta podczas parowania (przy założeniu identycznego ciśnienia).

 

To ciepło nazywamy ciepłem skraplania.