Плотность пара воды — как измеряется

Полезно знать

Водяной пар — не просто горячие белые клубы, которые можно видеть над кипящим чайником или заводской трубой. Помимо температуры, у него есть и другие характеристики. Пар воды может иметь разную плотность, быть сухим, влажным, насыщенным, перегретым.

Плотность водяного пара, в чем измеряется величина

Одним из важнейших параметров, отражающих характеристики водяного пара, является плотность. Расчет этого параметра может быть важен при обустройстве паровых систем отопления, при выполнении каких-либо технологических операций на предприятиях теплоэнергетики, на химических производствах, в пищевой промышленности и т. д.

Плотность пара воды - как измеряется

Свойства пара

Представляет собой пар воду в газообразном состоянии. Пар не пахнет, не обладает вкусом и цветом. Образуется он при испарении воды. Попадая в атмосферу, пар создает определенное давление (парциальное). Также он может переходить в твердое состояние с кристаллизацией.

В атмосфере Земли концентрация водяного пара составляет по массе 0.25%. Пар при этом имеет меньшую плотность, чем сухой воздух.

Плотность пара воды - как измеряется

Интересно! Можно ли пить воду перед сдачей крови — рекомендации специалистов

Использование пара

Благодаря уникальным свойствам, пар нашел применение в самых разных областях деятельности человека:

  • в качестве очистительного агента;
  • как теплоноситель и паровой агент в турбинах и паровых агрегатах;
  • в системах пожаротушения;
  • в пищевой промышленности и кулинарии при приготовлении пищи на пару.

В медицине пар широко применяется в автоклавах при стерилизации инструментов и оборудования.

Плотность пара воды - как измеряется

Плотность и единицы измерения

При использовании пара на предприятиях разной направленности важно знать такой его показатель, как плотность. Плотностью водяного пара называют соотношение его массы к объему. Согласно международной системе «СИ», эта характеристика измеряется в килограммах на кубический метр (кг/м3). В другой системе — «СГС», плотность пара рассчитывается в граммах на кубический сантиметр (г/см3). Простыми словами плотность пара — это его полный вес, занимающий некоторый объем.

В разного рода формулах плотность пара воды записывается буквой «р». Определяться эта характеристика может по воздуху, водороду, углероду и т. д.

Плотность пара воды - как измеряется

Виды водяного пара: влажный и сухой

Различают несколько видов водяного пара по степени насыщенности или влажности. Различие во влажном и сухом паре наглядно можно показать на примере финской и русской бани. В сауне пар сухой, в бане — влажный. В финской сауне температура воздуха может доходить до 100 °С. При этом влажность в помещении держится на уровне не более 20%. В русской бане эти показатели составляют 60-70 °С и 60-100% соответственно.

Читайте также:  Температура горячей воды в квартире: нормативы по СНИП

Влажным пар называется в том случае, если в нем содержится большое количество микроскопических частиц воды (тумана или взвешенного конденсата). Представляет он собой, по сути, смесь пара с водой. Сухой пар свободен от водяных примесей.

Плотность пара воды - как измеряется

Интересно! Что такое активная вода — полезные свойства

Насыщенный и ненасыщенный водяной пар

Пар бывает также насыщенным и ненасыщенным. Понять, чем различаются эти две разновидности, поможет простой эксперимент. В открытый сосуд наливают воду, а к нему присоединяют манометр. В сосуде будет происходить невидимое глазу испарение. Некоторые молекулы двигаются в воде очень быстро. Их кинетическая энергия может быть достаточно большой для разрыва молекулярных связей в воде. Такие молекулы покидают толщу воды и перемещаются в пространство над сосудом. Образуется пар, который называют ненасыщенным. Ничем ни сдерживаемые молекулы улетают в атмосферу и их концентрация непосредственно над сосудом остается небольшой.

Плотность пара воды - как измеряется

Если же закрыть сосуд крышкой, молекул под ней будет скапливаться со временем все больше. В определенный момент некоторые молекулы начнут возвращаться \в воду. Давление под крышкой будет постепенно расти. Со временем количество покидающих воду молекул и возвращающихся сравняется. Такой пар и будет называться насыщенным. При насыщении над сосудом установится термодинамическое равновесие. Насыщенный пар воды имеет большую плотность, чем ненасыщенный.

Комментарий эксперта
Георгий
Физик
«Насыщенным называется пар, парциальное давление которого соответствует равновесному при определенной температуре. У ненасыщенного первый параметр ниже второго. Если в ненасыщенный пар поместить воду той же температуры, давление будет расти до равновесного, то есть до насыщения».

Плотность пара воды - как измеряется

Пар перегретый

Перегретым называют пар, разогретый до более высокой, чем температура кипения воды, температуры. То есть при нормальных условиях и АД — свыше 100 °С. Такой пар часто применяется в тепловых агрегатах для повышения их КПД. Для того чтобы получить перегретый пар, используют спецоборудование — пароперегреватели.

Читайте также:  Амазонка-описание с фото самой опасной реки

Плотность пара воды - как измеряется

Перегревается пар с ростом температуры в объеме, отдельном от воды. Изначально взвешенный конденсат повторно испаряется. В дальнейшем повышается температура и растет объем пара удельный. Пар перегретый отличается следующими характеристиками:

  • при равных давлениях он горячее насыщенного;
  • больший он имеет и удельный объем;
  • при остывании не образует конденсата;

Конденсация перегретого пара наступает только тогда, когда он охлаждается сильнее, чем насыщенный пар, при равных давлениях.

Плотность пара воды - как измеряется

Конденсация водяного пара

Образуется пар из-за роста скорости движения молекул и кинетической энергии. При снижении этих показателей происходит обратный процесс, называемый конденсацией. В природе водяной конденсат образует облака, туман, росу.

Конденсация в промышленности и быту

Такой же конденсат можно видеть и на крышке кастрюли с кипящей водой. В данном случае он представляет собой горячие капли, стекающие вниз при переворачивании крышки. На принципе конденсации работает оборудование промышленных предприятий самой разной специализации:

  • опреснительные системы;
  • теплообменники;
  • перегонное оборудование;
  • конденсаторы паротурбин и пр.

Плотность пара воды - как измеряется

Как образуется конденсат: механизм

В закрытом крышкой сосуде конденсат образуется следующим образом:

  • под крышкой при нагревании накапливается пар;
  • холодная крышка охлаждает его;
  • кинетическая энергия молекул снижается вместе со скоростью движения;
  • на крышке образуется конденсат.

При охлаждении пара до точки росы некоторая часть воды в нем становится лишней. Она не может удержаться в воздухе и выпадает в качестве конденсата.

Плотность пара воды - как измеряется

Абсолютная плотность пара — что это такое

Для оценки содержания в воздухе вод. паров используют два показателя:

  • относительную влажность;
  • абсолютную.

Относительная плотность — это степень насыщенности воздуха парами воды, определяемая в процентах. Абсолютная влажность — количество водяных частиц во взвешенном состоянии в 1 м3 воздуха, определяемая в граммах.

При известном значении влажности абсолютной существует определенная точка росы, то есть температура, при которой относительная влажность или плотность пара по воде становится равной 100%. Относительная влажность определятся как соотношение плотности и абсолютной влажности.

Плотность пара воды - как измеряется

Изменение плотности пара при изменении температур

Давление и плотность водяного пара находятся в прямой зависимости от той температуры, до которой он разогрет:

  • при разогреве плотность растет из-за увеличения интенсивности парообразования;
  • при охлаждении плотность уменьшается из-за конденсации и снижения скорости движения молекул.
Читайте также:  Распространение воды в природе. Строение молекул воды — урок

Плотность пара воды - как измеряется

Зависимость плотности пара воды насыщенного от температуры определяется по таблице.

Таблица зависимости плотности от температуры
Температура (°С) Плотность (г/м3)
5 6.8
10 9.4
15 12.8
20 17.3
30 30.4
40 51.2
50 82.8
60 129.5
70 196.4
80 289.7
90 417.3
100 588.5

Плотность насыщенного пара при температуре 0 °С равна 0,00484 кг/м3.

Плотность пара воды - как измеряется

Как определить плотность пара воды — правила расчета

Плотность насыщенного пара воды в физике может определяться по температуре и давлению. В этом случае используется формула D st = 216,49 * P / (Z st * (t + 273)), где:

  • P — абсолютное давление;
  • Z st — коэффициент сжатия;
  • t — температура.

Эта формула плотности воды пара используется при давлении 0,012-165 бар и температуре 10-360 °С.

Плотность пара воды - как измеряется

Также плотность может определяться по массе и объему. Формула в данном случае выглядит как P=m/V, где:

  • m — масса пара;
  • V — его объем.

Плотность пара воды - как измеряется

Плотность пара по водороду определяется формулой D=Mr1/Mr2, где:

  • Mr1 — молярная масса воды;
  • Mr2 — молярная масса водорода.

Молярная масса воды равна 18 кг/моль, водорода — 2 кг/моль. Соответственно, плотность паров воды по водороду равна 18/2=9.

Водяной пар может иметь разную плотность, влажность и степень насыщенности. При повышении температуры интенсивность испарения воды растет. При последующем снижении выпадает конденсат. Плотность пара — наиболее важный показатель, от которого зависит корректная и безопасная работа промышленного оборудования на предприятиях самой разной специализации.

Как вам статья?

Анна Степанова
Анна Степанова
Знает все об очистке воды, ее полезных свойствах и применении. Всегда может помочь ценным советом.
Задать вопрос

Оцените статью
Сила-Воды.ру
Добавить комментарий

Adblock
detector