高中物理必備知識點(diǎn) 飽和汽和飽和汽壓

2024年2月16日發(fā)(作者：人生路途)

第3節(jié) 飽和汽與飽和汽壓

目標(biāo)導(dǎo)航

1．知道汽化及汽化的兩種方式和其特點(diǎn)。

2．理解飽和汽與飽和汽壓，能從分子動理論的角度解釋有關(guān)現(xiàn)象。

3．理解空氣的絕對濕度和相對濕度，并能進(jìn)行簡單計(jì)算。

4．了解濕度計(jì)的原理。

誘思導(dǎo)學(xué)

1．汽化：物質(zhì)從液態(tài)變成氣態(tài)的過程叫做汽化。

汽化有兩種方式：蒸發(fā)和沸騰。其比較如下表：

2．飽和汽與飽和汽壓

（1）飽和汽：與液體處于動態(tài)平衡的蒸汽叫做飽和汽。沒有達(dá)到飽和狀態(tài)的蒸汽叫做未飽和汽。

（2）飽和汽壓：在一定溫度下，飽和汽的壓強(qiáng)一定，叫做飽和汽壓。未飽和汽的壓強(qiáng)小于飽和汽壓。

友情提示：

A:飽和汽壓只是指空氣中這種液體蒸汽的分氣壓，與其他氣體的壓強(qiáng)無關(guān)。

B:飽和汽壓與溫度和物質(zhì)種類有關(guān)。

3．空氣的濕度

（1）空氣的絕對濕度：用空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)來表示的濕度叫做空氣的絕對濕度。

（2）空氣的相對濕度：空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)（P1）與同一溫度時水的飽和汽壓(PS)的比 - 1 -

值叫做空氣的相對濕度。即空氣的相對濕度(B)為： B=(P1/PS)×100%

友情提示：空氣的濕度是表示空氣潮濕程度的物理量，但影響蒸發(fā)快慢以及影響人們對干爽與潮濕感受的因素，不是空氣中水蒸氣的絕對數(shù)量，而是空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)與同一溫度下水的飽和汽壓的差距。所以與絕對濕度相比，相對濕度能更有效的描述空氣的潮濕程度。

4．濕度計(jì)

過去常用的濕度計(jì)有干濕泡濕度計(jì)和毛發(fā)濕度計(jì)，現(xiàn)代濕度計(jì)多使用傳感器測量濕度。

典例探究

例1 有甲、乙、丙三支相同的溫度計(jì)，其中一支不準(zhǔn)確，將甲放在空氣中，乙放在密閉的酒精瓶中，將丙放在開口的酒精瓶中，過一段時間，三支溫度計(jì)的示數(shù)都是22℃則

（ ）

A．甲不準(zhǔn)確

準(zhǔn)確

B．乙不準(zhǔn)確 C．丙不準(zhǔn)確 D．不能判定哪支不解析：蒸發(fā)吸熱，液體本身的溫度要降低，甲溫度計(jì)上無液體不存在蒸發(fā)現(xiàn)象；乙放在密閉的酒精瓶中，蒸發(fā)受阻不能進(jìn)行，故溫度計(jì)的示數(shù)與周圍環(huán)境的溫度相同，應(yīng)準(zhǔn)確；丙在開口酒精瓶中，酒精蒸發(fā)吸熱，酒精溫度應(yīng)降低，所以應(yīng)低于22℃，故丙不準(zhǔn)確。

答案： C.

友情提示：蒸發(fā)吸熱是我們在生活中經(jīng)常利用的物理知識，你能舉出它的一些實(shí)際應(yīng)用嗎？

例2

（ ）

關(guān)于飽和汽，正確的說法是

A．在穩(wěn)定情況下，密閉容器中如有某種液體存在，其中該液體的蒸汽一定是飽和的

B．密閉容器中有未飽和的水蒸氣，向容器內(nèi)注入足夠量的空氣，加大氣壓可使水汽飽和

C．隨著液體的不斷蒸發(fā)，當(dāng)液化和汽化速率相等時液體和蒸汽達(dá)到的一種平衡狀態(tài)叫動態(tài)平衡

D．對于某種液體來說，在溫度升高時，由于單位時間內(nèi)從液面汽化的分子數(shù)增多，所以其蒸汽飽和

所需要的壓強(qiáng)增大

解析：在飽和狀態(tài)下，液化和汽化達(dá)到動態(tài)平衡，即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，所以AC正確；液體的飽和汽壓與其溫度有關(guān)，即溫度升高飽和汽壓增大，所以D正確；飽和汽壓是指液體蒸汽的分氣壓，與其他氣體的壓強(qiáng)無關(guān)，所以B錯誤。

答案：ACD

友情提示：飽和狀態(tài)是一種動態(tài)平衡狀態(tài)，要注意用分子動理論的知識來理解它。

例3 氣溫為10℃時，測得空氣的絕對濕度p=800Pa，則此時的相對濕度為多少？如果絕對濕度不變，氣溫升至20℃，相對濕度又為多少？(已知10℃時水汽的飽和汽壓為p1=1.228 - 2 -

×10Pa，20℃時水汽的飽和汽壓為p2=2.338×10Pa)

解析：10℃時水汽的飽和汽壓為p1=1.228×10Pa，由相對濕度公式得此時的相對濕度：

333

20℃時水汽的飽和汽壓為p2=2.338×10Pa，同理得相對濕度：

3

答案： 65.1% ； 34.2%

友情提示：由計(jì)算可知，絕對濕度不變時即空氣中水汽密度不變，溫度升高，它離飽和的程度越遠(yuǎn)，人們感覺越干燥；掌握相對濕度的公式，體會相對濕度與絕對濕度的區(qū)別與聯(lián)系。

課后問題與練習(xí)點(diǎn)擊

1．解析：因?yàn)樘鞖獬睗?，空氣中水蒸氣的密度大，水蒸氣接近飽和，蒸發(fā)變慢，所以衣服不容易晾干。

2．解析：液面上部的蒸汽達(dá)到飽和時，仍然有液體分子從液面飛出，但此時單位時間內(nèi)從液面飛出的液體分子和從蒸汽中回到液體的分子個數(shù)相同，所以從宏觀上說，蒸汽的密度不再增加，蒸發(fā)停止。

3．解析：在飽和時，單位時間內(nèi)從液面飛出的液體分子和從蒸汽中回到液體的分子個數(shù)相同，但溫度降低時，液體的分子平均動能減小，單位時間內(nèi)從液面飛出的液體分子數(shù)少于從蒸汽中回到液體的分子個數(shù)，所以蒸汽的分子密度減小，壓強(qiáng)減小，直至達(dá)到新的平衡。

4．解析：霧珠是在玻璃的內(nèi)表面上，因?yàn)槭覂?nèi)空氣的溫度高，但室外的溫度低，所以玻璃的內(nèi)表面處的空氣的溫度較低，若溫度降低使水蒸氣達(dá)到飽和，便會在玻璃上凝結(jié)成霧珠。

5．解析：查表可知25℃時水蒸氣的飽和汽壓為PS=3.2×10Pa

33?103所以由相對濕度的公式得B=(P1/PS)×100%=×100%=93.8%

33.2?10即空氣的相對濕度為93.8%

6．解析：查表可知30℃和20℃時水蒸氣的飽和汽壓分別為p1=4.2×10Pa ， p2=2.3×310Pa

所以空氣的絕對濕度為 p= p1×60%=4.2×10×60%=2.5×10Pa

因?yàn)镻大于P2 ,所以空氣中的水蒸氣不會成為飽和汽。

基礎(chǔ)訓(xùn)練

1

333．下列說法中正確的是

- 3 -

( )

A．冰在0°C時一定會熔化，因?yàn)?°C是冰的熔點(diǎn)

B．液體蒸發(fā)的快慢與液體溫度的高低有關(guān)

C．0°C的水，其內(nèi)能也為零

D．冬天看到嘴里吐出“白氣”，這是汽化現(xiàn)象

2．關(guān)于液體蒸發(fā)和沸騰的比較，下列哪句話是錯誤的

（ ）

A．蒸發(fā)和沸騰都屬汽化現(xiàn)象

B．蒸發(fā)能在任何溫度下發(fā)生，沸騰只在一定溫度下發(fā)生

C．蒸發(fā)和沸騰在任何溫度下都可以發(fā)生

D．蒸發(fā)和沸騰都要吸收熱量

3．關(guān)( )

于飽和汽及飽和汽壓的正確結(jié)論是

A．密閉容器中某種蒸汽開始時若是飽和的，保持溫度不變，增大容器的體積，蒸汽的壓強(qiáng)一定會減小

B．對于同一種液體，飽和汽壓隨溫度升高而增大

C．溫度不變時，飽和汽壓隨飽和汽體積的增大而增大

D．相同溫度下，各種液體的飽和汽壓都相同

4．干（ ）

濕泡濕度計(jì)上兩支溫度計(jì)的讀數(shù)一定

A．相同 B．濕的比干的小 C．濕的比干的大 D．題給的條件不足，無法確定

5．兩個托里拆利管倒立在水銀槽中，甲管上端有空氣，乙管上端是真空?，F(xiàn)在把兩種液體分別導(dǎo)入這兩個管中，水銀柱上端各略有少許未蒸發(fā)的液體。這時，兩個水銀柱的高度相同。問哪一個管中的液體的飽和汽壓值較大？請說明理由。

6．飽和汽的密度怎樣隨溫度而變化？飽和汽的壓強(qiáng)怎樣隨溫度而變化？為什么這樣變化？

7．解釋下面的現(xiàn)象：密閉容器中裝有少量液態(tài)乙醚，當(dāng)容器的溫度升高時，液態(tài)乙醚逐漸減少；容器升高到一定溫度時，液態(tài)乙醚消失；容器冷卻時，容器中又出現(xiàn)液態(tài)乙醚。

8．把密閉室中的溫度升高，室內(nèi)的水蒸氣是否會減少，人們在室中為什么會感到干燥？

9．某食堂的廚房內(nèi)，溫度是30°C，絕對濕度是P1=2.1×10帕，而這時室外溫度是19°C，絕對濕度是

P2=1.3×10帕。那么，廚房內(nèi)外空氣的相對濕度相差多少？在廚房內(nèi)感覺潮濕，還是在廚房外感覺潮濕？

（30°C時水的飽和汽壓為P3=4.2×10帕，19°C時水的飽和汽壓為P4=2.2×10帕）

多維鏈接

- 4 -

3333

1． 不燙手的“開水”

“開水”常常與“燙手”聯(lián)系在一起，這是由于在通常情況下開水的溫度高達(dá)100℃，遠(yuǎn)比皮膚的溫度高。但是，當(dāng)你在高山上燒水時，明明看到水沸騰了，卻不一定燙手。在海拔3km的高原，水的沸點(diǎn)為91℃；在海拔6km的山上，水的沸點(diǎn)為80℃；而在海拔8848m的珠穆朗瑪峰，水的沸點(diǎn)只有72℃。在幾萬米的高空，水的沸點(diǎn)居然會低到11～18℃，那里“開水”的溫度，比地面上冷水的溫度還要低。因此，在高山會出現(xiàn)許多怪現(xiàn)象：“開水”不燙手、雞蛋煮不熟、“開水”不消毒。

探究思考：（1）水的沸點(diǎn)隨高度的升高而降低，請你針對這一變化情況，提出一種猜想。

（2）按你的猜想推理，在比地面低得多的礦井底部，水的沸點(diǎn)將會怎樣變化？

（3）想一想，生活中什么餐具利用了這一道理。

２．“飲水小鴨”

有一種中國的兒童玩具，誰見了都覺得奇怪。它的名字叫“飲水小鴨”。把這小鴨放在一杯水前面，小鴨就會俯下身去把嘴浸到杯里，“喝”完一口水，又直立起來。可是直立一會兒，又會慢慢俯下身去，等到鴨嘴夠到了水，“喝”了一口，又會直立起來。這種玩具是“不花錢”的發(fā)動機(jī)的一個典型。它的活動的機(jī)構(gòu)是很巧妙的，請看圖9.3-1和圖9.3-2，小鴨的“身體”是一根玻璃管，管的上端是一個小球，做成鴨頭的樣子，連著扁嘴。管的下端連一個較大的玻璃球，也是密封的。球里面裝有液體，玻璃管下端浸沒在液面下。

要使小鴨能夠活動，必須用水打濕鴨頭。鴨頭打濕以后，有一段時間小鴨還能保持直立的姿勢，因?yàn)橄露说牟Ａ蚝屠锩娴囊后w比鴨頭重?，F(xiàn)在看它會發(fā)生什么變化？我們看到液體開始沿著玻璃管上升（圖9.3-2）。當(dāng)液面升到玻璃管上口的時候，上部就變得比下部重，于是小鴨就嘴向前把身子俯到杯子上。當(dāng)小鴨的身子俯到水平位置的時候，下端玻璃管的開口就會露出液面來，玻璃管里的液體也就流回下端的大玻璃球。于是小鴨的“尾部”又變得比頭部重，使小鴨恢復(fù)直立的位置?，F(xiàn)在我們明白了這個問題的力學(xué)方面的原理：液體的升降改變了重力的分布情況，簡單地說，就是改變了重心?？墒鞘挂后w上升的，又是什么力呢？

- 5 -

小鴨內(nèi)部的液體是醚。醚在室溫里很容易蒸發(fā)，而醚的飽和蒸汽所產(chǎn)生的壓力又會隨溫度的改變而劇烈改變。在小鴨直立著的時候，可以看出有兩個獨(dú)立的醚蒸汽區(qū)域：一個在頭部，一個在尾部。鴨子的頭部有一種奇妙的性能：只要用水把它打濕，那里的溫度就會變得比周圍溫度稍微低一些。要做到這一點(diǎn)也不困難，只要把鴨頭的表面用善于吸水又容易讓水分蒸發(fā)的多孔材料來做就行了。水分急劇蒸發(fā)的時候，鴨頭上的溫度會變得比下面玻璃管和大玻璃球里的溫度低。這又轉(zhuǎn)過來會使頭部那個小玻璃球里的飽和蒸汽冷凝，壓力也就隨著降低。于是下部那個大玻璃球里的比較大的壓力就會擠壓液體，使它順著玻璃管上升。重心位置移動了，小鴨就慢慢俯下身子一直到水平的位置。在這個位置里，有兩個過程各自獨(dú)立地進(jìn)行著。第一，小鴨的嘴浸了一下水，這樣就又把自己頭上的棉套子打濕。第二，上下兩部分的飽和蒸汽混合了，壓力也變得一樣了（由于吸收了周圍空氣的熱量，蒸汽的溫度略有上升），同時玻璃管里的液體，也在本身的重力作用下流入下端的大玻璃球。于是小鴨又直立了起來。

這個玩具會不斷地自動活動下去，只要讓它頭上的棉套子繼續(xù)被打濕，而周圍空氣的濕度又不太大，能夠保證正常的蒸發(fā)，也就是保證頭部的溫度能夠相對地降低。這樣看來，小鴨頭部的水不斷蒸發(fā)所吸取的周圍空氣的熱量，就是使這種奇妙的小鴨能夠活動的原動力。這種小鴨是“不花錢”的發(fā)動機(jī)的一個極其明顯的例子，但它并不是什么“永動機(jī)”。

思考探究

1、飲水小鴨中的液體為什么要用醚呢？這里用了醚的什么性質(zhì)？

2、看了上面的講解，你明白飲水小鴨的原理了嗎？你難道不想自己做一個飲水小鴨嗎？

3．太空中古怪的沸騰

液體沸騰是地球上司空見慣的現(xiàn)象，但它卻是一個十分復(fù)雜的物理過程。當(dāng)裝有液體的容器被加熱后，由于重力的影響，液體中比較熱的部分上升，而比較冷的部分則下降──這就是“對流”。浮力使氣泡急速上升，因此產(chǎn)生劇烈的“沸騰”。那么太空中的沸騰又是怎樣的呢？

實(shí)際上，物理學(xué)家一直被地球上沸騰液體的復(fù)雜行為所困惑。而弄清沸騰的機(jī)理對工程技術(shù)人員是很重要的，這不僅僅關(guān)系到咖啡壺，更關(guān)系到宇宙飛船中的動力和空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

一個由密歇根大學(xué)和美國國家航空航天局的研究人員組成的科學(xué)家小組決定弄清這些問題。從1992到l996年，在航天飛機(jī)所進(jìn)行的5次飛行使命中，他們使用液體氟里昂進(jìn)行了一系列的沸騰實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)了液體在地球與太空軌道上沸騰時所發(fā)生的一些令人迷惑的不同之處。例如在太空中，液體在無重力條件下沸騰時不是生成了上萬的升騰的小氣泡，而是產(chǎn)生一個在液體中起伏的巨大的氣泡，且不斷奪下其他的小氣泡。多虧了美國航空航天局對這一過程的錄像，現(xiàn)在我們在地球上就可以觀察到液體這種令人迷惑的古怪的沸騰行為了。如圖9.3-3所示：

- 6 -

弗朗西斯·基亞拉蒙特博士說：“想想看，在這些實(shí)驗(yàn)以前，世界上有誰看到過太空中的沸騰呢？這真是不可思議！”基亞拉蒙特是美國航空航天局負(fù)責(zé)液體沸騰實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家，他說這一系列太空沸騰實(shí)驗(yàn)已被研究人員視為“經(jīng)典”了。

這些錄像的確十分有趣，但是科學(xué)家研究沸騰問題的熱情絕不僅僅是出于簡單的好奇。因?yàn)橐坏┝私饬艘后w在太空中是怎樣沸騰的，科學(xué)家就可以制造出更有效的太空

圖9.3-3

艙制冷系統(tǒng)，例如國際太空站上使用的就是利用氨在液態(tài)和氣態(tài)間轉(zhuǎn)化的空調(diào)系統(tǒng)。太空中的沸騰知識也將在某一天被用來制造太空站上的發(fā)電站，它用太陽光使液體沸騰產(chǎn)生蒸汽，然后通過推動渦輪機(jī)產(chǎn)生電力，這樣的研究同樣也將在地球上得到應(yīng)用。因?yàn)槭е丨h(huán)境給科學(xué)家打開了一個觀察沸騰現(xiàn)象的嶄新窗口，他們可以借此更好地理解沸騰這個基本的物理現(xiàn)象。

“沸騰現(xiàn)象是如此復(fù)雜，以至于我們對它的大部分理解是基于經(jīng)驗(yàn)，而不是建立在基本的物理方程之上的。”基亞拉蒙特說，“可是，在失重的太空軌道上，沸騰遠(yuǎn)比在地球上簡單。失重環(huán)境使對流和浮力的影響消失，這個差異可以解釋為什么地球上的沸騰液體的行為與太空中如此不同。它為想解決棘手物理問題的科學(xué)家提供了有力的工具。比如說，如果你試圖研究地球這樣一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，你就需要先研究一個變量少一些的比地球簡單的對象。對我們來說，太空就可以將研究的問題簡化?！?

當(dāng)液體在太空中被加熱時，由于沒有重力的作用，液體中比較熱的部分不再上升，而是緊靠著加熱器的表面停留并被繼續(xù)變熱，而遠(yuǎn)離加熱器的區(qū)域則相對較冷。因?yàn)橹挥幸恍〔糠忠后w被加熱，因此它會更快地沸騰。但是，由蒸汽形成的氣泡不會沖出液面，而是結(jié)合成一個在液體內(nèi)部晃動的巨大的氣泡。雖然這些現(xiàn)象用現(xiàn)有的理論就可以預(yù)測，但要想真正了解整個過程的細(xì)節(jié)，并尋找未預(yù)測到的現(xiàn)象，則需要進(jìn)行真實(shí)的實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)的負(fù)責(zé)人赫爾曼·默特被人們視為微重力沸騰實(shí)驗(yàn)之父，正是他發(fā)明了記錄在錄像帶上的實(shí)驗(yàn)。他說：“我們對許多問題還沒有很好地理解。”默特和其他科學(xué)家曾利用“下降塔”進(jìn)行無重力沸騰的早期研究，即通過讓高塔上的樣品自由下落來實(shí)現(xiàn)幾秒鐘的零重力條件。這些早期實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)在航天飛機(jī)中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)提供了指南，但這匆忙的一瞥實(shí)在不能與在航天飛機(jī)上長達(dá)幾分鐘的觀察相比。

這些早期研究的一項(xiàng)重要成果就是制造實(shí)驗(yàn)用的沸騰室的方法，它使科學(xué)家可以看清加熱器的表面以及在那里與加熱器接觸的液體。默特解釋說：“這種相互作用就發(fā)生在加熱器的固體與液體的接觸面上，因?yàn)橐后w表面折射的影響，從下面是無法看清楚的?！彼阅赜檬⒅谱髁艘粋€底面平滑、堅(jiān)硬透明的沸騰室，然后又給石英覆蓋上一層厚度不到400埃的極薄的金層。這樣它既能夠讓可見光自由穿過，又能像一大塊金子一樣導(dǎo)電。

默特與合作者使用這種裝置得到了一些非常有趣的發(fā)現(xiàn)。例如，隨著實(shí)驗(yàn)溫度的不同，那個巨大的氣泡有時漂浮在液體的中心，有時則附著在與加熱器相鄰的表面。當(dāng)出現(xiàn)后一種情況時，氣泡將有效地將液體與加熱器隔離起來，使液體不再進(jìn)一步沸騰并導(dǎo)致加熱器的溫度急速升高。而確切地了解發(fā)生這種情形的條件，對設(shè)計(jì)太空艙系統(tǒng)中依靠沸騰工作的裝置是至關(guān)重要的。默特說：“如果比較好地理解了這個現(xiàn)象，我們就能做出最佳的設(shè)計(jì)。假如還有一些不確定的因素，那就應(yīng)該繼續(xù)設(shè)計(jì)出更好的實(shí)驗(yàn)去弄清楚它?！?

今天，科學(xué)家們還在繼續(xù)進(jìn)行這項(xiàng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)以了解更多的知識。隨著科學(xué)家對液體沸騰 - 7 -

現(xiàn)象更深入的了解，工程師將會對制冷和動力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)以便更好地服務(wù)于人類，這不只包括在太空中工作的人，而且也包括生活在地球上的人。

思考探究：對常見現(xiàn)象的研究可以使我們獲得很多的知識，而這些知識有可能應(yīng)用在尖端科技領(lǐng)域中。那就請同學(xué)們保持你的好奇心吧，好好想想周圍的一些哪怕司空見慣的現(xiàn)象，有可能你會改變?nèi)祟惖纳睿?

4．課本P51“說一說”

提示：向外抽氣后，瓶中的氣壓降低，水的沸點(diǎn)降低，當(dāng)氣壓降低到使得沸點(diǎn)達(dá)到80℃，水就會沸騰。

5．課本P52“說一說”

提示：由圖可知在100℃時，水的飽和汽壓等于一個大氣壓，所以水的沸點(diǎn)就是水的飽和汽壓等于外界壓強(qiáng)時的溫度。

- 8 -