18.02 Тепловые явления

Ежедневно мы наблюдаем, что вода и её пар переходят друг в друга. Лужи на асфальте после дождя высыхают, а водяной пар в воздухе по утрам часто превращается в мельчайшие капельки тумана.

Что произойдёт, если сосуд с некоторым объёмом жидкости закрыть крышкой? Каждую секунду поверхность жидкости по-прежнему будут покидать самые быстрые молекулы, её масса будет уменьшаться, а концентрация молекул пара –– увеличиваться. Одновременно с этим в жидкость из пара будет возвращаться часть его молекул, и чем больше будет концентрация пара, тем интенсивней будет процесс конденсации. Наконец наступит такое состояние, когда число молекул, возвращающихся в жидкость в единицу времени, в среднем станет равным числу молекул, покидающих её за это время. Такое состояние называют динамическим равновесием, а соответствующий пар –– насыщенным паром.

Давление насыщенного пара зависит от вида жидкости и температуры. Чем труднее молекулам жидкости оторваться друг от друга, тем меньше будет давление её насыщенного пара. Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры представлена на рисунке.

Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры

Кипением называется процесс образования большого числа пузырьков пара, происходящий по всему объёму жидкости и на её поверхности при нагревании. На самом деле эти пузырьки присутствуют в жидкости всегда, но их размеры растут, и пузырьки становятся заметны при кипении. Они расширяются за счёт интенсивно испаряющейся в полость пузырька воды и  под действием выталкивающей силы Архимеда отрываются от дна, всплывают и лопаются с характерным шумом на поверхности.

Кипение начинается при такой температуре, когда пузырьки газа имеют возможность расширяться, а это происходит, если давление насыщенного пара вырастает до атмосферного давления. Таким образом, температура кипения –– это температура, при которой давление насыщенного пара данной жидкости равно атмосферному давлению (внешнему давлению над поверхностью жидкости).