Точка росы

[Freeman-des]

Здравствуйте!

Точка росы - это температура, при которой пар с неким данным давлением становится насыщенным при изобарном снижении температуры.

Я хочу рассмотреть другую ситуацию. В фиксированном объеме, в котором находится только газ при температуре ниже критической, снижают температуру. Вслед за этим по закону Шарля снижается давление. В какой-то момент начнется конденсация, т.е. пар при определенной температуре и давлении достигнет насыщения в том смысле, что если в него внести капельку, то она не будет испаряться.

Правильно я понимаю, что эта температура - это не точка росы, в общем, она зависит от количества пара в заданном объеме. Что именно происходит в паре в тот момент, когда эта температура достигается, что дальнейшее снижение температуры будет приходить к конденсации?

[Pphantom]

В общем-то вы можете двигаться по фазовой диаграмме любым образом, а не только по изобаре (как это обеспечивать - дело техники), если при этом траектория процесса пересечет линию раздела фаз, произойдет фазовый переход. Место, где он произойдет - это, конечно, не точка росы. Но определение последней обусловлено главным образом удобством измерения влажности воздуха таким способом, ничего более фундаментального в нем нет.

Правда, как-то мне кажется, что при описанном процессе вы в итоге получите не воду, а лед, проскочив под тройной точкой. Ручаться, впрочем, не буду, для этого надо детально фазовую диаграмму воды разглядывать.

[GraNiNi]

Freeman-des в сообщении #1438768 писал(а):

Что именно происходит в паре в тот момент, когда эта температура достигается, что дальнейшее снижение температуры будет приходить к конденсации?

Если в замкнутом сосуде нагревать немного жидкости (воды), то давление в сосуде будет расти (примерно по экспоненте) в соответствии с давлением насыщенного пара этой жидкости при каждой конкретной температуре.
Так будет продолжаться до тех пор, пока вся жидкость не испарится, а при дальнейшем нагреве давление уже будет расти по линейному закону (Шарля), как для обычных газов.
Это представлено на графике.


Если же теперь начать охлаждать этот газ (наш случай), то мы будем двигаться по этому графику в обратную сторону и как только дойдем до точки излома - начнется конденсация.
То есть, эта точка соответствует температуре при которой пар становится насыщенным, для данного объема сосуда и данного количества жидкости в нем.
Для воды - это примерно 0,8 грамма на литр объема при 100 градусах.

[Freeman-des]

Pphantom, спасибо! Ваше сообщение дало мне возможность понять вопрос. Я более-менее разобрался в фазовой диаграмме.

GraNiNi, тоже спасибо! Но, в целом, я это знал.

Теперь следующий вопрос. Что происходит с энергией молекул пара, когда он становится насыщенным? Я так понимаю, что в состоянии насыщения средняя потенциальная энергия молекул оказывается равна средней кинетической, поэтому дальнейшее насыщение невозможно (если не рассматривать ситуацию, когда нет центров конденсации), дальнейшее снижение кинетической энергии или увеличение потенциальной будет компенсироваться выпадением росы настолько, чтобы равенство энергий для пара сохранялось.

[Pphantom]

Freeman-des в сообщении #1438849 писал(а):

Что происходит с энергией молекул пара, когда он становится насыщенным?

Вообще говоря, что-то в зависимости от модели.

Freeman-des в сообщении #1438849 писал(а):

Я так понимаю, что в состоянии насыщения средняя потенциальная энергия молекул оказывается равна средней кинетической

Почему?

[druggist]

Freeman-des в сообщении #1438768 писал(а):

Точка росы - это температура, при которой пар с неким данным давлением становится насыщенным при изобарном снижении температуры.

Мне кажется, вы путаете точку росы и температуру фазового перехода газ-жидкость, это разные вещи

[Freeman-des]

Pphantom в сообщении #1438854 писал(а):

Freeman-des в сообщении #1438849 писал(а):

Что происходит с энергией молекул пара, когда он становится насыщенным?

Вообще говоря, что-то в зависимости от модели.

Freeman-des в сообщении #1438849 писал(а):

Я так понимаю, что в состоянии насыщения средняя потенциальная энергия молекул оказывается равна средней кинетической

Почему?

Ну просто это единственное, что мне в голову пришло. Вот и спрашиваю, может быть так или нет.

-- 08.02.2020, 17:22 --

druggist в сообщении #1438859 писал(а):

Freeman-des в сообщении #1438768 писал(а):

Точка росы - это температура, при которой пар с неким данным давлением становится насыщенным при изобарном снижении температуры.

Мне кажется, вы путаете точку росы и температуру фазового перехода газ-жидкость, это разные вещи

Как я сейчас понял, точка росы - это температура фазового перехода газ-жидкость, но для конкретного процесса - изобарного, потому что насыщение (и следующую за ним конденсацию) можно получить разными путями при достижении разных температур.

[Pphantom]

Freeman-des в сообщении #1438860 писал(а):

Ну просто это единственное, что мне в голову пришло. Вот и спрашиваю, может быть так или нет.

С одной стороны, потенциальная энергия определена с точностью до константы, поэтому сделать, чтобы так было - не проблема. С другой - подобное деяние лишено смысла, а при естественном определении потенциальной энергии взаимодействия притягивающихся молекул эта энергия станет отрицательной (и, как следствие, равняться положительной по определению кинетической энергии не сможет).

Но есть и более общий вопрос - зачем вам энергия молекул в этом случае? Какой-то характеристикой имеет смысл интересоваться тогда, когда ее есть куда пристроить.

[druggist]

Freeman-des в сообщении #1438860 писал(а):

ак я сейчас понял, точка росы - это температура фазового перехода газ-жидкость, но для конкретного процесса - изобарного,

Все ясно:) Линии на фазовой диаграмме (в координатах T,P) это координаты точек фазового равновесия, то есть такие давление и температура, при которых удельные свободные энергии фаз равны. К линиям примыкают области, в которых они отличаются (вспомните картинку с двумя минимумами свободной энергии, один больше, другой меньше) и есть области в которых существует только один минимум. Если перейти к замкнутому объему, то при изменении температуры вы можете попадать в область с двумя минимумами и равновесным будет двухфазное состояние с межфазной границей

[Freeman-des]

Pphantom в сообщении #1438863 писал(а):

Freeman-des в сообщении #1438860 писал(а):

Ну просто это единственное, что мне в голову пришло. Вот и спрашиваю, может быть так или нет.

С одной стороны, потенциальная энергия определена с точностью до константы, поэтому сделать, чтобы так было - не проблема. С другой - подобное деяние лишено смысла, а при естественном определении потенциальной энергии взаимодействия притягивающихся молекул эта энергия станет отрицательной (и, как следствие, равняться положительной по определению кинетической энергии не сможет).

Но есть и более общий вопрос - зачем вам энергия молекул в этом случае? Какой-то характеристикой имеет смысл интересоваться тогда, когда ее есть куда пристроить.

Хорошо, я попробую конкретизировать. Чем на микроуровне отличается насыщенный газ от ненасыщенного? Где этот критерий насыщенности на микроуровне?

Я рассуждаю с позиций школьной физики, в которой говорится, что газ - это газ, когда кинетическая энергия много больше потенциальной, жидкость - сравнимо, твердое тело - потенциальная много больше. Это понятные для меня критерии существования вещества в том или ином агрегатном состоянии. Поэтому я и подумал, что в насыщенном паре кинетическая энергия молекул должна быть равна потенциальной.
С другой стороны, например, в Касьянове (физика, 10 класс). Равенству кинетической и потенциальной энергий молекул соответствует критическая температура. Т.е., получается, для насыщенного пара должен быть какой-то другой критерий...

[Pphantom]

Freeman-des в сообщении #1438867 писал(а):

Хорошо, я попробую конкретизировать. Чем на микроуровне отличается насыщенный газ от ненасыщенного? Где этот критерий насыщенности на микроуровне?

Пожалуй, проще считать, что его нет. Что-нибудь притянуть за уши можно, но пользы от такого притягивания нет никакой.

Freeman-des в сообщении #1438867 писал(а):

Я рассуждаю с позиций школьной физики, в которой говорится, что газ - это газ, когда кинетическая энергия много больше потенциальной, жидкость - сравнимо, твердое тело - потенциальная много больше.

Не стоит. Слишком много оговорок нужно делать о том, что понимается под потенциальной энергией, да и в этом случае ничего сильно полезного из такого определения не воспоследует.

[arseniiv]

Freeman-des
Проблему для классификации таким способом создают метастабильные состояния (в данном случае пересыщеный пар). Если бы была какое-то яркое отличие на микроуровне, то рукомахательным аргументом мы получим, что метастабильные состояния должно быть в оптимистичном прогнозе крайне сложно получить, но это не так.

[Freeman-des]

Спасибо, граждане!