1. Базовые понятия о паре

    

   1. Фазовые состояния воды

2.  

   Большинство веществ существуют в одной из трех форм: твердой, жидкой или газообразной. Вещества в этих формах называются соответственно твердыми, жидкими и газообразными. Для воды лед, вода и пар соответствуют твердому, жидкому и газообразному состоянию. Чтобы узнать о характеристиках пара, нужно понять схему молекулярной структуры веществ и применить ее ко льду, воде и пару. Молекулярные структуры легко понять, если представить молекулы электрически связанными друг с другом.

    

   Молекула — это наименьшая единица, обладающая всеми химическими свойствами вещества.

   Соединение, состоящее из двух атомов водорода и одного атома кислорода, выражается как H₂O. Это его химическая формула. Причина обилия воды на Земле заключается в том, что и водород, и кислород являются наиболее распространенными молекулами во Вселенной.

    

   1. Лед (твердое состояние)

       

      Молекулы льда жестко сцеплены между собой, поскольку расположены близко друг к другу и образуют упорядоченную кристаллическую структуру. В этой кристаллической структуре активность (вибрация) каждой молекулы ограничена малым диапазоном. По мере нагрева вибрационное усиление молекул в конечном итоге приводит к разрушению силы соединения между некоторыми частями молекул. Лед начинает таять и переходит из твердого в жидкое состояние. Температура, при которой начинается таяние, называется температурой плавления.

       

      Температура плавления составляет 0 °С при атмосферном давлении. Чем выше давление, тем выше будет температура плавления. Температура смеси жидкой воды и льда остается при температуре плавления, пока как сетка молекул льда не растворится (растает). Таким образом, все приложенное тепло расходуется на плавление. Это количество теплоты называется теплотой плавления или, точнее, энтальпией плавления. Переход из твердого состояния в жидкое обратим — жидкость затвердевает, выделяя такое же количество тепла. Это количество теплоты (равное теплоте плавления) называется теплотой затвердевания.

       

      При переходе из твердого в жидкое состояние плотность большинства веществ уменьшается. Таким образом, расстояние между молекулами жидкости становится больше, чем между молекулами твердого вещества. Однако H₂O является исключением, поскольку при плавлении плотность воды увеличивается. Вот почему лед плавает на воде.

   2. Вода (жидкое состояние)

       

      В жидком состоянии молекулы свободно движутся и часто сталкиваются друг с другом. Однако расстояние между молекулами все еще мало, поскольку силы взаимного притяжения молекул воды остаются значительными. Движение и столкновения молекул активизируются, а температура за счет воздействия тепла повышается до тех пор, пока не будет достигнута точка кипения.

   3. Пар (газообразное состояние)

 

При повышении температуры воды ее плотность снижается. Если источник тепла не находится сверху, это заставляет более теплые молекулы подниматься вверх, а более холодные опускаться вниз. Этот процесс называется конвекцией. Некоторые молекулы воды на поверхности могут переходить в газообразное состояние, несмотря на то, что не достигли температуры насыщения, если над процессом, называемым испарением, находятся различные вещества в газообразном состоянии (например, воздух). Количество испаряемых молекул воды увеличивается, пока температура воды не достигнет температуры насыщения, после чего переход из жидкого в газообразное состояние становится кипением, а не испарением. Кипение происходит в источнике тепла, а не на поверхности (в отличие от испарения), и поэтому его можно определить по пузырькам пара, поднимающимся от источника тепла к поверхности.

 

 

Если давление остается постоянным, температура не повышается, даже если на воду воздействует дополнительное тепло, пока вся вода не станет паром. Все это тепло используется в процессе испарения и поэтому называется скрытой теплотой или теплотой испарения. Температура кипящей (насыщенной) воды и насыщенного пара одинакова, но тепловая энергия на единицу массы пара значительно больше, чем у воды. Процесс испарения обратим, как и переход из твердого состояния в жидкое. Процесс перехода от газообразного пара к жидкой воде называется конденсацией, а жидкость, образующаяся в результате этого процесса, называется конденсатом. При конденсации тепло выделяется за счет конденсации пара, в том же количестве, которое было поглощено при испарении (при одинаковом давлении).

 

Это тепло называется теплотой конденсации.