Pára

Rozbalit box

Obsah boxu

Pára je technické označení pro plynné skupenství vody. Vzniká při vypařování nebo varu, kdy kapalná voda přijímá dostatečné množství tepelné energie. Přestože je samotná pára neviditelná, v běžné řeči se tímto termínem často označuje i viditelná mlha tvořená drobnými kapičkami vody, která vzniká při rychlé kondenzaci horké páry v chladnějším vzduchu. Pára sehrála klíčovou roli v průmyslové revoluci a dodnes je nepostradatelným médiem v energetice, průmyslu i domácnostech.

🔬 Fyzikální vlastnosti

Pára je plyn, který za určitých podmínek může izotermickou kompresí zkondenzovat zpět na kapalinu. Její chování popisují termodynamické zákony a fázový diagram vody. Klíčovými parametry pro určení stavu páry jsou tlak, teplota a měrný objem. Na základě těchto vlastností se rozlišuje několik základních druhů páry.

Sytá pára

Sytá (nasycená) pára je stav, kdy je pára v termodynamické rovnováze se svou kapalnou fází (vodou). To znamená, že počet molekul, které se z vody vypaří, je stejný jako počet molekul, které zpět zkondenzují. Tlak syté páry je závislý pouze na teplotě – s rostoucí teplotou roste i tlak. Tento stav nastává například v parním kotli těsně nad hladinou vroucí vody.

• Mokrá pára: Jedná se o směs syté páry a drobných kapiček vody. V technické praxi je to nejběžnější forma syté páry.
• Suchá pára: Je to sytá pára, která neobsahuje žádné kapičky kapaliny.

Přehřátá pára

Pokud se syté páře dodá další teplo, aniž by se zvýšil její tlak, její teplota vzroste nad bod varu odpovídající danému tlaku. Takto vzniklá pára se nazývá přehřátá. Na rozdíl od syté páry lze u přehřáté páry měnit teplotu a tlak nezávisle na sobě a její chování se více podobá ideálnímu plynu. Přehřátá pára se využívá především v parních turbínách, protože neobsahuje kapičky vody, které by mohly poškodit lopatky turbíny, a umožňuje dosáhnout vyšší termodynamické účinnosti.

Kritický bod vody

Kritický bod je specifický stav, při kterém mizí rozdíl mezi kapalnou a plynnou fází. Hustota páry a vody je v tomto bodě stejná a neexistuje mezi nimi viditelné rozhraní. Pro vodu nastává kritický bod při teplotě 374 °C (647,15 K) a tlaku 22,1 MPa. Nad touto teplotou již nelze vodu žádným zvýšením tlaku zkapalnit.

⏳ Historie využití

První náznaky využití síly páry se objevily již ve starověku, například u Héróna Alexandrijského a jeho "aeolipily". Skutečný rozvoj však nastal až na přelomu 17. a 18. století.

• První parní stroje: Průkopníky byli Denis Papin (vynálezce tlakového hrnce), Thomas Savery se svým čerpadlem pro doly ("přítel horníků") a Thomas Newcomen, jehož atmosférický parní stroj se v roce 1712 stal prvním komerčně úspěšným strojem. Tyto první stroje však měly velmi nízkou účinnost.

• Wattovo zdokonalení: Zásadní průlom přinesl skotský vynálezce James Watt. V roce 1769 si nechal patentovat klíčové vylepšení – oddělený kondenzátor, který dramaticky snížil spotřebu paliva a zvýšil účinnost stroje. Wattův dvojčinný parní stroj se stal hnacím motorem průmyslové revoluce.

• Revoluce v dopravě a průmyslu: Parní stroj změnil svět. Umožnil pohon továren, což vedlo k masové výrobě. V dopravě se stal základem pro parní lokomotivy (George Stephenson) a parníky, které zrychlily a zlevnily přepravu zboží i osob.

⚙️ Moderní využití

I přes nástup spalovacích motorů a elektřiny zůstává pára klíčovým médiem v mnoha odvětvích.

Výroba elektrické energie

Většina elektrické energie na světě se vyrábí pomocí parních turbín. Pára, ohřátá spalováním fosilních paliv (tepelná elektrárna), štěpnou reakcí (jaderná elektrárna) nebo solární energií, roztáčí lopatky parní turbíny, která je spojena s elektrickým generátorem. Účinnost moderních uhelných elektráren se pohybuje kolem 42 %.

Průmyslové procesy

• Ohřev: Pára je efektivním nosičem tepla a používá se k ohřevu v chemickém, potravinářském a papírenském průmyslu.
• Sterilizace: Horká pára pod tlakem je jednou z nejúčinnějších metod sterilizace. Využívá se ve zdravotnictví (autoklávy na sterilizaci nástrojů) i v potravinářství.
• Pohon: Parní turbíny pohánějí nejen generátory, ale i velká čerpadla, kompresory nebo lodě (např. jaderné ponorky).

Vytápění

Pára se využívá v systémech dálkového vytápění, kde se v teplárnách vyrábí teplo a párou nebo horkou vodou je rozváděno do domácností a firem.

Domácnost a gastronomie

V domácnostech se pára používá v napařovacích žehličkách, parních čističích a parních troubách pro zdravější vaření. Oblíbené jsou také parní lázně a sauny pro své relaxační a zdravotní účinky.

👶 Pára pro laiky

Představte si, že molekuly vody v hrnci jsou jako lidé v klidné místnosti. Když začnete vodu zahřívat, dáváte jim energii. Lidé začnou pobíhat a narážet do sebe. Když jim dáte energie opravdu hodně (při bodu varu), začnou narážet tak silně, že se rozletí po celé místnosti a odrážejí se od stěn – to je pára. Jsou to stále ty stejné molekuly vody, jen mají obrovskou energii a potřebují mnohem více prostoru.

Sílu páry si můžete představit jako snahu nafouknout obrovský balon v malém pokoji. Jak se rozpíná, tlačí ohromnou silou na stěny. Parní stroj využívá právě tento tlak rozpínající se páry k tomu, aby pohnul pístem, podobně jako by unikající vzduch z balónku dokázal pohnout malým autíčkem.

💡 Zajímavosti

• Samotná vodní pára je plyn, a je tedy neviditelná. To, co vidíme například nad hrncem s vroucí vodou, je ve skutečnosti mlha – drobné kapičky vody, které vznikly kondenzací horké páry v chladnějším okolním vzduchu.
• Zvuk pískání konvice je způsoben unikající párou, která vytváří vibrace.
• Gejzíry jsou přírodním úkazem, kde je podzemní voda zahřívána magmatem a periodicky vyvrhována na povrch v podobě horké vody a páry.
• Devatenácté století je často nazýváno "stoletím páry" kvůli jejímu dominantnímu vlivu na tehdejší technologie a společnost.

Zdroje

TZB-info Svět Energie Wikipedie - Pára Wikipedie - Sytá pára Wikipedie - Parní stroj Britannica - Steam Engine