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高溫壓力傳感器

高溫蒸汽壓力的介紹


發布日期:[2018-09-30]    作者:昊明壓力傳感器


一種物質的蒸氣壓力也稱作飽和蒸汽壓力,指的是這種物質的氣相與其非氣相達到平衡狀態時的壓強。任何物質(包括液態與固態)都有揮發成為氣態的趨勢,其氣態也同樣具有凝聚為液態或者凝華為固態的趨勢。在給定的溫度下,一種物質的氣態與其凝聚態(固態或液態)之間會在某一個壓強下存在動態平衡。此時單位時間內由氣態轉變為凝聚態的分子數與由凝聚態轉變為氣態的分子數相等。這個壓強就是此物質在此溫度下的飽和蒸氣壓。蒸汽壓與物質分子脫離液體或固體的趨勢有關。對于液體,從蒸汽壓高低可以看出蒸發速率的大小。具有較高蒸汽壓的物質通常說其具有揮發性。

任何物質的蒸汽壓都隨著溫度非線性增加,它們之間的關系可以用克勞修斯-克拉佩龍方程(Clausius–Clapeyron relation)描述。隨著溫度的升高,物質蒸氣壓隨之升高直到足以克服周圍大氣的壓強從而在物質本體內的任何位置發生氣化而產生大量氣泡。這一現象叫做沸騰,而這個溫度叫做此壓強下的沸點。物質的常壓沸點就是此物質的飽和蒸氣壓等于一個標準大氣壓時候的溫度。需要注意的是在較深液體中發生的沸騰所需溫度會高于較淺液體中的沸騰,因為除了大氣壓強外還需要克服液體自身深度所造成的壓強。對于溶液,請用拉烏爾定律。

一定外界條件下,液體中的液態分子會蒸發為氣態分子,同時氣態分子也會撞擊液面回歸液態。這是單組分系統發生的兩相變化,一定時間后,即可達到平衡。平衡時,氣態分子含量達到最大值,這些氣態分子對液體產生的壓強稱為飽和蒸汽壓,簡稱蒸汽壓(vapor pressure)。蒸汽壓反映溶液中有少數能量較大的分子有脫離母體進入空間的傾向,這種傾向也稱為逃逸傾向。蒸汽壓不等同于大氣壓。在飽和狀態時,濕空氣中水蒸氣分壓等于該空氣溫度下純水的蒸汽壓。


1、液體中能量較高的分子有脫離液面進入氣相的傾向(逃逸傾向 escaping tendency),這是產生氣態分子的原因,是液體的本性。蒸汽壓正是用來衡量這一傾向程度的量,它是液體的自有屬性,外界條件(溫度、壓力)一定,就有確定的數值。比如若在密閉容器中裝滿液體,液體沒有空間形成蒸汽,自然也不會對液體產生壓力,但蒸汽壓作為液體本質屬性依然存在,不能說此時液體的蒸汽壓為0。

2、蒸汽壓本質上是描述單組分體系氣液兩相平衡時具備的特征,具有熱力學上的意義,不能等同動力學量。

3、若將液體放入一真空容器中,當液體系統氣液兩相平衡時,外壓相當于此條件下的液體蒸汽壓??山璐四P脱芯空羝麎弘S溫度的變化規律及對應關系,可分別利用Clapeyron方程和Antonie公式求解。簡單性的結果是蒸汽壓會隨溫度增大而增大。

4、若液體非在真空容器中,而是在惰性氣體中,外壓不再相當于液體蒸汽壓。例如液體置于空氣中,且規定空氣不溶于液體,此時的外壓為大氣壓力與液體蒸汽壓之和。蒸汽壓隨外壓的變化規律可通過平衡分析,利用Gibbs自由能變量相等定量考察。簡單性的結果是蒸汽壓會隨外壓增大而增大,但外壓的影響甚微,通??珊雎圆挥?。

當液體的蒸汽壓達到外壓時,液體即產生沸騰現象,此時的溫度即在該外壓下該液體的沸點。

以水為例,一個大氣壓(101.325kPa)下,若水溫達到100攝氏度,此時水的蒸汽壓正好是一個大氣壓,水開始沸騰,100攝氏度即是一個大氣壓下水的沸點。

再如,高海拔地區會出現“水燒開了飯燒不熟”的現象,這種現象的實質是水沸騰時溫度遠遠達不到100攝氏度,繼續加熱也不會達到。這一現象有助于理解液體蒸汽壓的特征3與4。高海拔地區空氣稀少,外壓低于一個大氣壓,依據蒸汽壓的特征4,水的蒸汽壓會降低,但變化很小。依據蒸汽壓的特征3,隨溫度的升高,水的蒸汽壓升高,但相對于高海拔的低外壓,水此時不用達到很高的溫度就可以達到高海拔的低氣壓,發生沸騰,造成沸點降低。這也是高山不能用水煮飯卻可以用水蒸飯的原因(煮飯是利用液體水作熱源加熱,而液體水最高溫度僅能達到沸點。蒸飯是利用水蒸氣作熱源,蒸汽還可以通過加熱繼續提高溫度,達到甚至超過100攝氏度)。





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