The pressure in a gas container is

The pressure in a gas container is due to the individual molecules striking the wall of the container and exerting a force on it. This force is proportional to the average velocity of the molecules and the number of molecules per unit volume of the container (i.e., molar density). Therefore, the pressure exerted by a gas is a strong function of the density and the temperature of the gas. For a gas mixture, the pressure measured by a sensor such as a transducer is the sum of the pressures exerted by the individual gas species, called the partial pressure. It can be shown (see Chap. 13) that the partial pressure of a gas in a mixture is proportional to the number of moles (or the mole fraction) of that gas. Atmospheric air can be viewed as a mixture of dry air (air with zero moisture content) and water vapor (also referred to as moisture), and the atmospheric pressure is the sum of the pressure of dry air Pa and the pressure of water vapor, called the vapor pressure Pv (Fig. 3–61). That is, (3–28) (Note that in some applications, the phrase “vapor pressure” is used to indicate saturation pressure.) The vapor pressure constitutes a small fraction (usually under 3 percent) of the atmospheric pressure since air is mostly nitrogen and oxygen, and the water molecules constitute a small fraction (usually under 3 percent) of the total molecules in the air. However, the amount of water vapor in the air has a major impact on thermal comfort and many processes such as drying. Air can hold a certain amount of moisture only, and the ratio of the actual amount of moisture in the air at a given temperature to the maximum amount air can hold at that temperature is called the relative humidity f. The relative humidity ranges from 0 for dry air to 100 percent for saturated air (air that cannot hold any more moisture). The vapor pressure of saturated air at a given temperature is equal to the saturation pressure of water at that temperature. For example, the vapor pressure of saturated air at 25°C is 3.17 kPa. The amount of moisture in the air is completely specified by the temperature and the relative humidity, and the vapor pressure is related to relative humidity f by (3–29) where Psat @ T is the saturation pressure of water at the specified temperature. For example, the vapor pressure of air at 25°C and 60 percent relative humidity is The desirable range of relative humidity for thermal comfort is 40 to 60 percent. Note that the amount of moisture air can hold is proportional to the saturation pressure, which increases with temperature. Therefore, air can hold more moisture at higher temperatures. Dropping the temperature of moist air reduces its moisture capacity and may result in the condensation of some of the moisture in the air as suspended water droplets (fog) or as a liquid film on cold surfaces (dew). So it is no surprise that fog and dew are common occurrences at humid locations especially in the early morning hours whenthe temperatures are the lowest. Both fog and dew disappear (evaporate) as the air temperature rises shortly after sunrise. You also may have noticed that electronic devices such as camcorders come with warnings against bringing them into moist indoors when the devices are cold to avoid moisture condensation on the sensitive electronics of the devices. It is a common observation that whenever there is an imbalance of a commodity in a medium, nature tends to redistribute it until a “balance” or “equality” is established. This tendency is often referred to as the driving force, which is the mechanism behind many naturally occurring transport phenomena such as heat transfer, fluid flow, electric current, and mass transfer. If we define the amount of a commodity per unit volume as the concentration of that commodity, we can say that the flow of a commodity is always in the direction of decreasing concentration, that is, from the region of high concentration to the region of low concentration (Fig. 3–62). The commodity simply creeps away during redistribution, and thus the flow is a diffusion process. We know from experience that a wet T-shirt hanging in an open area eventually dries, a small amount of water left in a glass evaporates, and the aftershave in an open bottle quickly disappears. These and many other similar examples suggest that there is a driving force between the two phases of a substance that forces the mass to transform from one phase to another. The magnitude of this force depends on the relative concentrations of the two phases. A wet T-shirt dries much faster in dry air than it would in humid air. In fact, it does not dry at all if the relative humidity of the environment is 100 percent and thus the air is saturated. In this case, there is no transformation from the liquid phase to the vapor phase, and the two phases are in phase equilibrium. For liquid water that is open to the atmosphere, the criterion for phase equilibrium can be expressed as follows: The vapor pressure in the air must be equal to the saturation pressure of water at the water temperature. That is (Fig. 3–63), Phase equilibrium criterion for water exposed to air: (3–30) Therefore, if the vapor pressure in the air is less than the saturation pressure of water at the water temperature, some liquid will evaporate. The larger the difference between the vapor and saturation pressures, the higher the rate of evaporation. The evaporation has a cooling effect on water, and thus reduces its temperature. This, in turn, reduces the saturation pressure of water and thus the rate of evaporation until some kind of quasi-steady operation is reached. This explains why water is usually at a considerably lower temperature than the surrounding air, especially in dry climates. It also suggests that the rate of evaporation of water can be increased by increasing the water temperature and thus the saturation pressure of water. Note that the air at the water surface is always saturated because of the direct contact with water, and thus the vapor pressure. Therefore, the vapor pressure at the lake surface is the saturation pressure of water at the temperature of the water at the surface. If the air is not saturated, then the vapor pressure decreases to the value in the air at some distance from the water surface, and the difference between these two vapor pressures is the driving force for the evaporation of water. The natural tendency of water to evaporate in order to achieve phase equilibrium with the water vapor in the surrounding air forms the basis for the Pv Psat @ T 150 | Thermodynamics (a) Before Water Salt (b) After Salty water FIGURE 3–62 Whenever there is a concentration difference of a physical quantity in a medium, nature tends to equalize things by forcing a flow from the high to the low concentration region. Water vapor Pv Liquid water T FIGURE 3–63 When open to the atmosphere, water is in phase equilibrium with the vapor in the air if the vapor pressure is equal to the saturation pressure of water. cen84959_ch03.qxd 4/1/05 12:31 PM Page 150 operation of the evaporative coolers (also called the swamp coolers). In such coolers, hot and dry outdoor air is forced to flow through a wet cloth before entering a building. Some of the water evaporates by absorbing heat from the air, and thus cooling it. Evaporative coolers are commonly used in dry climates and provide effective cooling. They are much cheaper to run than air conditioners since they are inexpensive to buy, and the fan of an evaporative cooler consumes much less power than the compressor of an air conditioner. Boiling and evaporation are often used interchangeably to indicate phase change from liquid to vapor. Although they refer to the same physical process, they differ in some aspects. Evaporation occurs at the liquid–vapor interface when the vapor pressure is less than the saturation pressure of the liquid at a given temperature. Water in a lake at 20°C, for example, evaporates to air at 20°C and 60 percent relative humidity since the saturation pressure of water at 20°C is 2.34 kPa, and the vapor pressure of air at 20°C and 60 percent relative humidity is 1.4 kPa. Other examples of evaporation are the drying of clothes, fruits, and vegetables; the evaporation of sweat to cool the human body; and the rejection of waste heat in wet cooling towers. Note that evaporation involves no bubble formation or bubble motion (Fig. 3–64). Boiling, on the other hand, occurs at the solid–liquid interface when a liquid is brought into contact with a surface maintained at a temperature Ts sufficiently above the saturation temperature Tsat of the liquid. At 1 atm, for example, liquid water in contact with a solid surface at 110°C boils since the saturation temperature of water at 1 atm is 100°C. The boiling process is characterized by the rapid motion of vapor bubbles that form at the solid– liquid interface, detach from the surface when they reach a certain size, and attempt to rise to the free surface of the liquid. When cooking, we do not say water is boiling unless we see the bubbles rising to the top.

Kết quả (Việt) 2:

Áp lực trong một thùng chứa khí là do các phân tử cá nhân nổi bật tường của container và tác dụng lực lên nó. Lực lượng này là tỷ lệ thuận với vận tốc trung bình của các phân tử và số phân tử trong một đơn vị thể tích của container (tức là, mật độ phân tử). Do đó, áp lực tác dụng bởi một khí là một chức năng mạnh mẽ của mật độ và nhiệt độ của khí. Đối với một hỗn hợp khí, áp suất đo bằng một cảm biến như một bộ chuyển đổi là tổng của những áp lực tác dụng bởi các loài khí cá nhân, được gọi là áp suất riêng phần. Nó có thể được hiển thị (xem Chap. 13) rằng áp suất riêng phần của các khí trong hỗn hợp là tỷ lệ thuận với số mol (hoặc phần mol) khí đốt mà. Không khí trong khí quyển có thể được xem như là một hỗn hợp của không khí khô (không khí với zero độ ẩm nội dung) và hơi nước (còn gọi là độ ẩm), và áp suất khí quyển là tổng của áp suất không khí khô Pa và áp suất của hơi nước, được gọi là áp suất hơi Pv (Fig. 3-61). Đó là, (3-28) (Lưu ý rằng trong một số ứng dụng, các cụm từ "áp suất hơi" được dùng để chỉ áp suất bão hòa.) Áp suất hơi chiếm một phần nhỏ (thường dưới 3 phần trăm) của áp suất khí quyển từ không khí là chủ yếu nitơ và oxy, và các phân tử nước tạo thành một phần nhỏ (thường dưới 3 phần trăm) trên tổng số phân tử trong không khí. Tuy nhiên, lượng hơi nước trong không khí có tác động lớn đến sự thoải mái nhiệt và nhiều quá trình như sấy khô. Không khí có thể giữ một số tiền nhất định của chỉ ẩm, và tỷ lệ của số tiền thực tế của độ ẩm trong không khí ở nhiệt độ cho đến không khí tối đa có thể giữ ở nhiệt độ đó được gọi là độ ẩm tương đối f. Độ ẩm tương đối khoảng từ 0 cho không khí khô đến 100 phần trăm cho không khí bão hòa (không khí mà không thể giữ bất kỳ độ ẩm nhiều hơn). Áp suất hơi bão hòa của không khí ở nhiệt độ cho bằng với áp suất bão hòa của nước ở nhiệt độ đó. Ví dụ, áp suất hơi bão hòa của không khí ở 25 ° C là 3,17 kPa. Lượng hơi ẩm trong không khí là hoàn toàn xác định bởi nhiệt độ và độ ẩm tương đối, và áp suất hơi có liên quan đến độ ẩm tương đối của f (29/3), nơi PSAT @ T là áp suất bão hòa của nước ở nhiệt độ quy định. Ví dụ, áp suất hơi của không khí ở 25 ° C và độ ẩm tương đối 60 phần trăm là Phạm vi mong muốn của độ ẩm tương đối cho thoải mái nhiệt từ 40 tới 60 phần trăm. Lưu ý rằng số lượng của không khí ẩm có thể giữ tỷ lệ với áp suất bão hòa, mà tăng theo nhiệt độ. Vì vậy, không khí có thể giữ độ ẩm hơn ở nhiệt độ cao hơn. Giảm nhiệt độ của không khí ẩm làm giảm khả năng độ ẩm của nó và có thể dẫn đến sự ngưng tụ của một số các độ ẩm trong không khí như những giọt nước lơ lửng (sương mù) hoặc như một bộ phim chất lỏng trên bề mặt lạnh (sương). Vì vậy, nó không có gì ngạc nhiên khi sương mù và sương đang xảy ra phổ biến ở những nơi ẩm ướt đặc biệt là trong những giờ sáng sớm whenthe nhiệt độ thấp nhất. Cả hai sương mù và sương biến mất (bay hơi) khi nhiệt độ không khí tăng lên ngay sau khi mặt trời mọc. Bạn cũng có thể nhận thấy rằng các thiết bị điện tử như máy quay đi kèm với cảnh báo chống lại việc đưa chúng vào trong nhà ẩm ướt khi các thiết bị lạnh để tránh ngưng tụ hơi nước trên các thiết bị điện tử nhạy cảm của các thiết bị. Đó là một quan sát phổ biến mà bất cứ khi nào có một sự mất cân bằng của một loại hàng hóa trong môi trường, thiên nhiên có xu hướng phát hành lại nó cho đến khi một "cân bằng" hay "bình đẳng" được thành lập. Xu hướng này thường được nhắc đến như là động lực, là cơ chế đằng sau hiện tượng vận chuyển nhiều trong tự nhiên như truyền nhiệt, dòng chảy, dòng điện, và khối lượng chuyển nhượng. Nếu chúng ta xác định số lượng của một mặt hàng cho mỗi đơn vị thể tích như nồng độ của hàng hóa đó, chúng ta có thể nói rằng dòng chảy của một mặt hàng luôn luôn là theo hướng giảm nồng độ, đó là, từ các khu vực có nồng độ cao đến vùng thấp Nồng độ (Hình. 3-62). Các mặt hàng đơn giản creep xa trong thời gian phân phối lại, và do đó dòng chảy là một quá trình khuếch tán. Chúng tôi biết từ kinh nghiệm rằng một ướt T-shirt treo trong một khu vực mở cuối cùng sẽ khô, một lượng nhỏ nước còn lại trong một bốc hơi thủy tinh, và sau khi cạo râu trong một chai mở nhanh chóng biến mất. Những điều này và nhiều ví dụ tương tự khác cho thấy rằng có một lực giữa hai giai đoạn của một chất mà các lực lượng quần chúng để biến đổi từ một trong những giai đoạn khác. Độ lớn của lực lượng này phụ thuộc vào nồng độ tương đối của hai giai đoạn. Một ướt T-shirt khô nhanh hơn nhiều trong không khí khô hơn nó sẽ trong không khí ẩm. Trong thực tế, nó không khô ở tất cả nếu độ ẩm tương đối của môi trường là 100 phần trăm và do đó không khí được bão hòa. Trong trường hợp này, không có sự biến đổi từ pha lỏng vào pha hơi, và hai giai đoạn đang trong giai đoạn cân bằng. Đối với nước lỏng đó là mở cửa để không khí, các tiêu chí cho giai đoạn cân bằng có thể được thể hiện như sau: áp suất hơi trong không khí phải bằng áp suất bão hòa của nước ở nhiệt độ nước. Đó là giai đoạn cân bằng tiêu chí cho nước tiếp xúc với không khí (Hình 3-63.): (3-30) Do đó, nếu áp suất hơi trong không khí là ít hơn so với áp suất bão hòa của nước ở nhiệt độ nước, một số chất lỏng sẽ bay hơi . Các chênh lệch càng lớn giữa những áp lực hơi nước và độ bão hòa, cao hơn tốc độ bay hơi. Sự bay hơi có tác dụng làm mát trên mặt nước, và do đó làm giảm nhiệt độ của nó. Điều này, đến lượt nó, làm giảm áp suất bão hòa của nước và do đó tốc độ bay hơi cho đến khi một số loại hoạt động tựa như ổn định là đạt. Điều này giải thích tại sao trong nước thường là ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể hơn so với không khí xung quanh, đặc biệt là ở vùng khí hậu khô. Nó cũng cho thấy rằng tốc độ bay hơi nước có thể được tăng lên bằng cách tăng nhiệt độ nước và do đó áp lực bão hòa nước. Lưu ý rằng không khí ở bề mặt nước luôn bão hòa vì sự liên hệ trực tiếp với nước, và do đó áp suất hơi. Vì vậy, áp suất hơi ở bề mặt hồ là áp suất bão hòa của nước ở nhiệt độ của nước tại bề mặt. Nếu không khí không bão hòa, sau đó áp suất hơi giảm giá trị trong không khí tại một số khoảng cách từ mặt nước, và sự khác biệt giữa hai áp lực hơi là động lực cho sự bay hơi của nước. Các khuynh hướng tự nhiên của nước bốc hơi để đạt được giai đoạn cân bằng với lượng hơi nước trong không khí xung quanh tạo nên cơ sở cho Pv PSAT @ T 150 | Nhiệt động lực học (a) Trước khi nước muối (b) Sau khi mặn HÌNH nước 3-62 Bất cứ khi nào có một sự khác biệt nồng độ của một đại lượng vật lý trong môi trường, thiên nhiên có xu hướng cân bằng mọi thứ bằng cách buộc một dòng chảy từ cao đến các khu vực tập trung thấp. Hơi nước Pv lỏng nước T Hình 3-63 Khi mở cửa cho không khí, nước đang trong giai đoạn cân bằng với lượng hơi nước có trong không khí, nếu áp suất hơi bằng với áp suất bão hòa nước. cen84959_ch03.qxd 4/1/05 12:31 Page 150 hoạt động của các thiết bị làm mát bay hơi (cũng gọi là làm mát đầm lầy). Trong thiết bị làm mát như vậy, không khí ngoài trời nóng và khô được ép chảy qua một miếng vải ướt trước khi bước vào một tòa nhà. Một số nước bay hơi bằng cách hấp thụ nhiệt từ không khí, và do đó làm mát nó. Làm mát bay hơi được sử dụng phổ biến ở vùng khí hậu khô và cung cấp làm mát hiệu quả. Họ là rẻ hơn nhiều để chạy trừ máy điều hòa không khí vì chúng là không tốn kém để mua, và các fan hâm mộ của một bộ làm mát bay hơi tiêu thụ ít điện năng hơn so với các máy nén của điều hòa không khí. Đun sôi và bốc hơi thường được sử dụng thay thế cho nhau để chỉ ra sự thay đổi pha từ lỏng sang hơi. Mặc dù họ đề cập đến các quá trình vật lý như nhau, chúng khác nhau ở một số khía cạnh. Bốc hơi xảy ra tại giao diện lỏng-hơi khi áp suất hơi thấp hơn áp suất bão hòa của chất lỏng ở nhiệt độ nhất định. Nước trong một hồ nước ở 20 ° C, ví dụ, bốc hơi vào không khí ở 20 ° C và 60 phần trăm độ ẩm tương đối kể từ khi áp suất bão hòa của nước ở 20 ° C là 2,34 kPa, và áp suất hơi của không khí ở 20 ° C và 60 độ ẩm tương đối phần trăm là 1,4 kPa. Các ví dụ khác của bốc hơi làm khô quần áo, trái cây, và rau; sự bay hơi của mồ hôi để làm mát cơ thể con người; và từ chối nhiệt thải trong tháp làm mát ướt. Lưu ý rằng không có liên quan đến sự bay hơi hình thành bong bóng hoặc bong bóng chuyển động (Fig. 3-64). Nấu sôi, mặt khác, xảy ra tại giao diện rắn-lỏng khi một chất lỏng được đưa vào tiếp xúc với một bề mặt duy trì ở nhiệt độ đủ Ts trên nhiệt độ bão hòa Tsat của chất lỏng. Tại 1 atm, ví dụ, nước lỏng tiếp xúc với một bề mặt rắn ở 110 ° C nhọt vì nhiệt độ bão hòa của nước ở 1 atm là 100 ° C. Các quá trình đun sôi được đặc trưng bởi các chuyển động nhanh chóng của các bong bóng hơi hình thành ở giao diện chất lỏng solid-, tách ra khỏi bề mặt khi chúng đạt đến một kích thước nhất định, và cố gắng tăng lên bề mặt tự do của chất lỏng. Khi nấu ăn, chúng ta không nói nước đang sôi, trừ khi chúng ta thấy các bong bóng tăng lên hàng đầu.