§ 300. Пересыщение паров

Изучая свойства насыщенного пара, мы установили (§ 293), что каждой температуре при обычных условиях соответствуют определенные плотность и давление насыщенного пара. Если в некотором объеме находится пар какой-нибудь жидкости, например воды, то в обычных условиях понижение температуры приведет к тому, что пар приблизится к состоянию насыщения, а затем начнет конденсироваться оседая в виде жидкости на стенках, а вдали от них образуя капельки тумана. Однако нетрудно обнаружить, что туман при охлаждении пара в одних случаях получается густой, в других — редкий, а при некоторых условиях может не появиться совсем.

Произведем такой опыт. В толстостенный стеклянный сосуд, содержащий несколько капель воды, накачаем насосом воздух (рис. 495). При этом, как мы знаем, воздух в сосуде нагреется. Выждав несколько минут, чтобы воздух в сосуде принял комнатную температуру, откроем сосуд. Мы увидим, что в нем появился слабый туман. Причина этого такова. При открывании сосуда воздух в нем разредился и охладился. Это охлаждение повело к тому, что пар воды в сосуде дошел до насыщения и сконденсировался.

Рис. 495. а) В стеклянный сосуд нагнетается воздух, б) Когда вынимают пробку, в сосуде появляется туман

Бросим в сосуд горящую спичку. Она погаснет, оставив в нем незаметный на взгляд дым. Если мы теперь повторим опыт, то увидим, что сосуд после откупоривания наполнится туманом, значительно более густым, чем раньше. Значит, при наличии частиц дыма образование  тумана в воздухе облегчается. Частицы дыма служат центрами, около которых начинается конденсация пара (ядра конденсации). Поэтому при наличии дыма при тех же условиях появляется больше капелек тумана, чем в отсутствие его.

Если же воздух в сосуде тщательно очистить от пыли (например, фильтруя его сквозь вату) или, еще лучше, осадить имеющуюся пыль на дно, вызывая многократно конденсацию паров в сосуде, то туман при откупоривании сосуда со сжатым воздухом не появится даже при охлаждении значительно ниже температуры, при которой достигается насыщение. В этом случае получается пересыщенный пар, т. е. пар, давление которого выше, чем давление насыщенного пара при данной температуре.

Почему же при отсутствии частиц пыли образование капелек затруднено? Иными словами, почему для образования капелек нужны идра конденсации? Чтобы понять это, вспомним, что давление пара около малых капель значительно больше, чем около плоской поверхности. Это ведет к тому, что малые капли чрезвычайно легко испаряются (§ 298), Такое свойство малых капель и является причиной затруднения конденсации при отсутствии пылинок. В самом деле, пусть в чистом воздухе где-нибудь случайно образовалось скопление молекул пара, и получилась капелька. Эта капелька быстро испарится вновь.

Не то будет, если в воздухе находятся пылинки, состоящие из веществ, смачиваемых водой и хорошо растворимых в воде. Молекулы водяного пара, попав на такое вещество, удерживаются на них силами сцепления. Как только на такую пылинку осядет пар воды, сразу образуется капелька достаточно большого размера. Давление пара около нее будет лишь очень мало отличаться от давления пара у плоской поверхности, и капелька будет расти при очень малом пересыщении. В атмосфере ядрами конденсации служат чаще всего ничтожно малые крупинки морской соли, всегда носящиеся в воздухе. Немалую роль играет также дым.

300.1. Статистика показывает, что вблизи промышленных центров туманы в выходные дни слабее, чем в рабочие. Объясните это.