Как ученые измеряют давление пара?

Эксперимент: у нас есть цилиндр с поршнем, который практически невесом, не имеет трения и подвергается воздействию атмосферного давления. Цилиндр имеет объем 2V, но половина его заполнена водой, а другая половина просто заполнена воздухом, который имеет ту же плотность, что и атмосфера. Вода начинается чуть выше точки замерзания (поэтому ее давление пара равно 0). В этот момент поршень просто плавает над водой, потому что давление воздуха внутри цилиндра равно давлению воздуха снаружи.

Теперь, допустим, мы нагрели воду до 70 градусов по Цельсию**. Поршень начнет расширяться, потому что давление водяного пара возрастет. В конце концов скорость испарения и конденсации водяного пара уравновесится, и поршень перестанет расширяться. Как узнать, каково давление паров воды? Объем теперь больше, поэтому воздух теперь менее плотный (поэтому его парциальное давление меньше 1 атм), что означает, что остальная часть давления приходится на водяной пар.

Это мое предположение о том, как ученые будут рассчитывать давление пара. Но, честно говоря, кажется намного проще, если мы введем новый термин под названием «высота пара». Высота паров определяется как В / А генерируемого раствором при определенной температуре.

**Мы предполагаем, что молекулы воздуха не нагреваются.

Почему вы говорите, что давление паров твердого тела равно нулю? Это не вариант.
Если ваш вопрос строго об измерении, то давление паров можно измерить путем измерения емкости воздуха, и такие датчики имеются.
Нова, вам нужно исследовать это, вместо того, чтобы предлагать метод, который не будет работать и непрактичен.

Ответы (1)

В вашем случае поршень будет подниматься вверх вечно, пока на вашем пути не встанет реальная термодинамика. В какой-то момент тепло, передаваемое в ваше устройство или из него, приведет к тому, что все устройство будет иметь неравномерную температуру.

Требуемое измерение на самом деле гораздо проще зафиксировать, чем вы думаете. Вы помещаете некоторое количество жидкости в контейнер и создаете вакуум, чтобы удалить все остальное (например, молекулы воздуха). Это можно сделать с помощью вакуумного насоса, или это может быть даже проще: вы можете просто взять контейнер, похожий на гармошку, выдавить из него весь воздух, пока не останется только жидкость (как выдавливание тюбика зубной пасты), и запечатать его. Затем, если вы откроете аккордеон, расширив камеру, вы создадите область, заполненную ничем, кроме водяного пара, над областью с водой (потому что мы не пропускали воздух).

Однако вы это сделали, теперь у вас есть жесткий контейнер, содержащий только жидкую воду и водяной пар. Ничего больше. Это важно, потому что это означает, что парциальное давление водяного пара точно равно давлению внутри контейнера. Теперь все, что вам нужно сделать, это дать ему термически выровняться. Если вы хотите узнать давление пара воды при 40°С, нагрейте все устройство до 40°С и дайте ему выровняться.

Теперь все, что вам нужно сделать, это измерить давление в камере с помощью манометра. Давление, которое вы читаете, является давлением паров воды при этой температуре. Пока в камере есть хоть немного жидкости и немного газа, это будет правильное давление.

Почему поршень в предложенной мной ситуации будет расширяться вечно? Количество молекул воды в газовой фазе в конечном итоге достигнет равновесия с жидкой фазой, потому что при всех температурах ниже BP скорость испарения = скорости конденсации.
Кроме того, вы предполагаете, что если бы у меня был просто поршень с водой (без воздуха), он также расширялся бы до тех пор, пока все молекулы воды в конечном итоге не превратились бы в газ. Но этого не произойдет, потому что химический потенциал их конденсации будет слишком высок для этого.
@Nova Парциальное давление — это фиксированное давление при заданной температуре. Ваш поршень не имеет обратной связи, что заставляет его оказывать большее давление на внутреннюю часть контейнера, когда он движется наружу. Он будет двигаться наружу, увеличивая объем контейнера, что заставляет больше молекул воды превращаться в газ, поднимая давление обратно до давления пара, что выталкивает поршень дальше. Это будет справедливо до тех пор, пока давление пара выше атмосферного давления. Если давление пара равно или ниже атмосферного давления, поршень вообще не будет двигаться.
В реальном мире вы увидите, что температура содержимого камеры (газа и жидкости) будет уменьшаться из-за тепла парообразования по мере испарения молекул, что приведет к снижению давления пара, если вы не добавите тепло для поддержания 70°C. В качестве альтернативы, в реальном мире у вас может просто закончиться жидкость в контейнере.
Манометр в моем ответе очень похож на ваш поршень, но он предназначен для очень небольшого увеличения объема при приложении большего давления. У поршня нет такого свойства. Он движется до тех пор, пока давление внутри больше, чем давление снаружи.
Как ученые измеряют давление пара?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v