и 
для пара и жидкости соответственно:Конденсация (от позднелат. condensatio - уплотнение, сгущение) - переход вещества из газообразного
состояния (пара) в жидкое или твёрдое состояние. Ква-зистатич. процесс К. происходит
в условиях равновесия сосуществующих фаз и является фазовым переходом 1-го рода.
Если при этом давление р поддерживается постоянным, то сохраняется постоянной
и абс. температура Т. Связь между р и Т определяется равенством химических
потенциалов и
для пара и жидкости соответственно:
или задаётся Клапейрона
- Клаузиуса уравнением. Эти ур-ния справедливы как для К., так и для обратного
процесса - испарения, направление же процесса определяется теплообменом с окружающей
средой: если системе сообщается теплота, происходит испарение, при её отводе
- К. Кол-во теплоты, выделяющееся при К. единицы массы, равно теплоте испарения.
В квази-статич. условиях К. пара в жидкость возможна в интервале давления от
критического до давления в тройной, точке. Ниже давления в тройной точке
конденсирующийся пар граничит с кристаллом (рис. к ст. Испарение).
Равновесие между паром
и конденсированной фазой (напр., в замкнутом объёме) имеет динамич. характер:
ср. потоки конденсирующихся и испаряющихся молекул равны между собой, т. е.
компенсируют друг друга. При нарушении фазового равновесия величину нескомпенсированного
потока молекул
можно оценить, используя приближение идеального газа для пара (т. н. ур-ние
Герца - Кнудсена):
где 
- коэф. конденсации, различный для разных веществ, рн - равновесное
давление (давление насыщения при температуре Т), т - масса молекулы. Если
в газовой фазе присутствует
неконденсирующий газ, то К. пара происходит при его парциальном давлении, соответствующем
линии насыщения чистого вещества. Молекулы газа скапливаются у поверхности раздела
фаз и затрудняют К., снижая её скорость, однако появляющийся градиент концентраций
вызывает их диффузию.
Если первоначально пар
не сосуществует с конденсированной фазой, то он может перейти в метастабиль-ное
состояние, характеризуемое степенью пересыщения 
=р/рн. При высоких степенях пересыщения внутри парогазовой смеси
даже в отсутствие конденсирующих поверхностей может начаться процесс К. Кинетика
нач. стадии такой объёмной К. описывается теорией гомогенного зародышеобразования.
Высокая степень пересыщения создаётся при быстром расширении пара в потоке,
при смешении пара с холодным газом, в молекулярных пучках. Образование зародышевых
капель облегчается на смачиваемых стенках, твёрдых частицах (гетерогенное зародышеобразование)
и на ионах (напр., в Вильсона камере).
К. и испарение играют важную
роль в круговороте воды в природе, а также в разл. технол. процессах. На тепловых
и атомных электростанциях К. отработанного водяного пара происходит при низком
давлении (ок. 4 КПа). На смачиваемой твёрдой охлаждаемой поверхности конденсат
образует сплошную плёнку, к-рая ухудшает теплообмен между паром и стенкой. В
отсутствие смачивания наблюдается капельный режим К., к-рый предпочтительнее
плёночного, однако при длит. работе несмачиваемая поверхность обычно становится
смачиваемой. К. используется также в холодильных машинах, в ожижителях газов,
в опреснительных и ректификационных установках. Кроме К. на твёрдой поверхности
в технике применяют К. на струях и каплях предварительно охлаждённой жидкости.
Неравновесная К. на твёрдой
поверхности с температурой 
(Tтp - темп-pa тройной точки) может идти по схеме пар 
жидкость
кристалл. Для ряда веществ экспериментально показано, что ниж. граница перехода
к механизму К. пар-кристалл лежит при 
Tтp (см. Кристаллизация ).Неравновесная К. на охлаждаемой
подложке (напр., для воды при
120 К) может приводить к образованию твёрдого аморфного (стеклообразного)
слоя вещества.
В. П. Скрипов
|
|
 |
