Skraplanie
Skraplanie to przejście substancji ze stanu gazowego w ciekły.
Podczas skraplania substancja oddaje energię do otoczenia.
Temperatura punktu rosy określa temperaturę, przy której przy danych warunkach rozpoczyna się skraplanie pary wodnej z powietrza.
Powyżej temperatury krytycznej gazu nie można skroplić przez samo zwiększanie ciśnienia.
Wartość energii oddanej podczas skraplania masy \(m\) można obliczyć ze wzoru \(Q=mc_p\).
Skraplanie, nazywane również kondensacją, to przemiana fazowa polegająca na przejściu substancji ze stanu gazowego w stan ciekły.
Warunki, w których zachodzi skraplanie, zależą od rodzaju substancji, temperatury i ciśnienia.
Procesowi skraplania towarzyszy oddawanie energii do otoczenia. Skraplanie można wywołać na przykład przez ochładzanie pary przy stałym ciśnieniu lub przez jej sprężanie w temperaturze niższej od temperatury krytycznej. W niektórych procesach rozprężanie gazu prowadzi do jego ochłodzenia, co również może doprowadzić do skraplania.
Ciepło skraplania
Podczas skraplania substancja oddaje do otoczenia taką samą ilość energii, jaką trzeba dostarczyć podczas parowania tej samej masy substancji w tych samych warunkach.
Wartość energii oddanej podczas skraplania można obliczyć ze wzoru:
gdzie \(m\) oznacza masę substancji, a \(c_p\) – ciepło właściwe parowania.
Punkt rosy
Temperatura punktu rosy to temperatura, do której należy ochłodzić powietrze przy danym ciśnieniu i niezmienionej zawartości pary wodnej, aby para wodna osiągnęła stan nasycenia i zaczęła się skraplać.
Jeżeli temperatura powierzchni jest niższa od punktu rosy otaczającego powietrza, może pojawić się na niej rosa lub skroplona woda.
Punkt krytyczny
Gaz można skroplić przez sprężanie tylko wtedy, gdy jego temperatura jest niższa od temperatury krytycznej. Powyżej temperatury krytycznej samo zwiększanie ciśnienia nie prowadzi do powstania odrębnej fazy ciekłej.
Punkt krytyczny to punkt na diagramie fazowym odpowiadający temperaturze krytycznej i ciśnieniu krytycznemu. W tym punkcie zanika różnica między fazą ciekłą i gazową.
Punkt krytyczny jest cechą charakterystyczną danej substancji
Skraplanie na diagramie fazowym
Na diagramie fazowym skraplanie odpowiada przekroczeniu krzywej równowagi fazy gazowej i ciekłej w kierunku obszaru, w którym trwała jest faza ciekła. Przejście przez tę samą krzywą w przeciwnym kierunku odpowiada parowaniu.
Parametry krytyczne wybranych substancji
Oto temperatury i ciśnienia krytyczne dla wybranych substancji:
| Substancja | Ciśnienie krytyczne [MPa] | Temperatura krytyczna [K] |
|---|---|---|
| hel | 0,23 | 5,2 |
| wodór | 1,3 | 33,2 |
| azot | 3,4 | 126,2 |
| powietrze | 3,77 | 132,4 |
| butan | 3,8 | 425,2 |
| tlen | 5,04 | 154,6 |
| propan | 4,25 | 370 |
| metan | 4,59 | 190,56 |
| CO2 | 7,38 | 304,2 |
| woda (para wodna) | 22,1 | 647,2 |
| rtęć | 166,1 | 1460 |
Para przesycona
Powstawanie kropelek cieczy ułatwiają ośrodki kondensacji, na przykład drobiny pyłu, aerozole lub jony. Na takich cząstkach łatwiej rozpoczyna się tworzenie kropelek.
Jeżeli kondensacja nie rozpocznie się mimo przekroczenia warunków nasycenia, może powstać para przesycona. Jest to stan, w którym ciśnienie pary jest większe od ciśnienia pary nasyconej w danej temperaturze.
Para przesycona jest stanem nietrwałym. Pojawienie się odpowiednich ośrodków kondensacji może spowodować szybkie tworzenie kropelek cieczy.
Pytania
Gdzie można spotkać parę przesyconą?
Warunki sprzyjające przesyceniu pary wodnej mogą pojawiać się w atmosferze. Podczas powstawania chmur para wodna skrapla się na drobnych cząstkach pełniących rolę ośrodków kondensacji, tworząc bardzo małe kropelki wody.
Dlaczego na zimnej butelce wyjętej z lodówki pojawiają się krople wody?
Powietrze znajdujące się przy zimnej powierzchni ochładza się. Jeżeli jego temperatura spadnie poniżej punktu rosy, część zawartej w nim pary wodnej skrapla się na powierzchni butelki.
Ćwiczenia
Zwiększ populację dziobaków, rozwiązując krótkie zadania i ćwiczenia związane z tą lekcją.
1
2
3
4
5
6
7
Nie jesteś zalogowany.
Z jajka nic się nie wykluje, a Twoja populacja dziobaków nie przetrwa po opuszczeniu strony... Zaloguj się
Aby otworzyć złote jaja, musisz posiadać Plan Premium.
Zadania z rozwiązaniami
Zadanie nr 1.
W chłodnicy skrapla się \(0{,}30\ \text{kg}\) pary wodnej o temperaturze \(100^\circ\text{C}\). Oblicz, ile energii zostanie oddane do otoczenia podczas całkowitego skroplenia pary, jeżeli temperatura powstałej wody nie ulega zmianie.
Przyjmij ciepło właściwe parowania wody:
\(c_p=2260\ \text{kJ/kg}\)
📑 MODUŁY KURSU
Pełne śledzenie postępów kursu w planie Premium
© medianauka.pl, 2021-05-16, A-4050/2255
Data aktualizacji artykułu: 2026-08-17
