Испарение, кипение, влажность

Как вода становится паром, почему кипит чайник и отчего пушатся волосы в дождь.

Испарение, кипение, влажность воздуха

Определение. Испарение и кипение

Испарение — переход вещества из жидкого состояния в газообразное с поверхности жидкости при любой температуре.

Кипение — переход жидкости в пар по всему объёму при определённой температуре кипения с образованием пузырьков пара внутри жидкости.

При кипении температура жидкости не меняется, пока не испарится весь объём (аналогично плавлению).

⚠️ Испарение происходит с поверхности при любой температуре. Кипение — по всему объёму только при температуре кипения. Это разные процессы!

Формула. Удельная теплота парообразования

Удельная теплота парообразования $L$ — количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг жидкости в пар при температуре кипения без изменения температуры.

$Q = L \cdot m$

Единица $L$ : Дж/кг. Для воды $L \approx 2{,}3 \times 10^6$ Дж/кг.

При конденсации (образовании жидкости из пара) выделяется столько же теплоты, сколько поглощается при парообразовании того же количества вещества.

Влажность воздуха

Воздух содержит водяной пар. Абсолютная влажность — масса водяного пара в 1 м³ воздуха (г/м³).

Относительная влажность $\varphi$ — отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах:

$\varphi = \frac{\rho}{\rho_{\text{нас}}} \cdot 100\%$

При $\varphi = 100\%$ воздух насыщен; возможна конденсация (роса, туман).

Обозначения

Символ	Название	Единица СИ
$Q$	Количество теплоты	Дж
$L$	Удельная теплота парообразования	Дж/кг
$m$	Масса	кг
$\varphi$	Относительная влажность	%

Пример 1

Дано: $m = 0{,}1$ кг воды при 100 °C, $L = 2{,}3 \times 10^6$ Дж/кг.

Формула: $Q = L \cdot m$

Подстановка: $Q = 2{,}3 \times 10^6 \times 0{,}1 = 2{,}3 \times 10^5$ Дж $= 230$ кДж

Ответ: $Q = 230$ кДж.

Пример 2

Дано: $\varphi = 80\%$ в комнате. Объяснить запотевание холодного стакана с лимонадом.

Формула: при охлаждении воздуха давление насыщенного пара падает → $\varphi$ локально достигает 100%.

Подстановка: у холодной стенки стакана температура ниже → локально $\varphi = 100\%$ → пар конденсируется в капли.

Ответ: конденсация из-за охлаждения воздуха у стенки стакана.

Примеры вопросов из тренажёра

Q: Кипение воды при нормальном атмосферном давлении происходит при температуре:

A: верный ответ — 100 °C

Объяснение: При нормальном давлении температура кипения воды 100 °C.
Q: Пока вода в чайнике активно кипит, температура воды:

A: верный ответ — Не меняется, пока не выкипит вся вода

Объяснение: Энергия идёт на парообразование Q = L·m, а не на нагрев.
Q: Количество теплоты при парообразовании воды:

A: верный ответ — Q = L·m

Объяснение: Q = L·m, L — удельная теплота парообразования.
Q: Относительная влажность 100% означает:

A: верный ответ — Воздух насыщен паром при данной температуре

Объяснение: При φ = 100% дальнейшее испарение затруднено, возможна конденсация.
Q: Испарение отличается от кипения тем, что испарение:

A: верный ответ — Происходит с поверхности при любой температуре

Объяснение: Испарение — с поверхности; кипение — по объёму при температуре кипения.

Пройти тему «Испарение, кипение, влажность» в приложении