Парообразование и конденсация. Кипение. Зависимость температуры кипения жидкости от давления. Точка росы

Для того чтобы построить такие машины и повысить их ККД необходимо знать свойства рабочего вещества – пара. Свойства пара используются в разных приборах. Изучение свойств пара привело к возможности получить сжиженные газы и их широкому применению.

2015-01-08

37.75 KB

29 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


                                Лекция №

ТЕМА:  Парообразование и конденсация. Кипение. Зависимость

             температуры кипения жидкости от давления. Точка росы.

                                             План

1.  Парообразование и конденсация.  

2.  Испарение.

3.  Насыщенный пар и его свойства.

4.  Кипение. Зависимость tкип от давления.

5.  Перегретый пар и его применение. Критическое состояние вещества.

6.  Влажность воздуха.

1. XIX в. называют «веком пара», так как в это время широкое распространение получили тепловые машины, рабочим веществом которых был пар. В наше  время паровые турбины находят применение на теплоэлектростанциях. Для того, чтобы построить такие машины и повысить их ККД необходимо знать свойства рабочего вещества – пара.

Свойства пара используются в разных приборах. Изучение свойств пара привело к возможности получить сжиженные газы и их широкому применению.

       Знания о свойствах паров необходимы и в метеорологии.

     Таким образом, изучение данного материала имеет большое практическое значение.

Парообразование и конденсация.

    Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием, а переход вещества из газообразного состояния в жидкое называется – конденсацией. 

Парообразование сопровождается U↑; конденсация сопровождается  U↓

                                                               испарения

Парообразование

происходит в виде                                 кипения

    2.   Парообразование, которое происходит только со свободной поверхности жидкости, которая является границей с газообразной средой или с вакуумом, называется испарением.

Испарение происходит при любой температуре; со свободной поверхности жидкости отлетают молекулы, кинетическая энергия которых больше потенциальной энергии взаимодействия.

Ек<    Ек2> Ек1

Чтобы выйти из жидкости, молекула должна выполнить работу за счет уменьшения своей Ек . Покинуть жидкость могут лишь молекулы, у которых Ек > Авыхода (работа, которая выполняется из преодоления сил притяжения между молекулами). Так как жидкость покидают лишь молекулы с большой ↑Ек, а остаются с малой Ек↓, то среднее значение энергии Е для молекул, которые остаются уменьшается, то есть жидкость охлаждается.  Например: этим объясняется холод при выходе из воды; если дуть  на ладонь.

      Наряду с этим существуют молекулы, которые возвращаются в  жидкость, передавая ей часть своей кинетической энергии – Ек  , при этом  внутренняя энергия жидкости  увеличивается (жидкость нагревается).

 ИСПАРЕНИЕ  КОНДЕНСАЦИЯ ПРОИСХОДЯТ ОДНОВРЕМЕННО.

- Если преобладает испарение – жидкость охлаждается.

- Если преобладает конденсация – жидкость нагревается.

Скорость испарения зависит:

1. От рода жидкости (эфир, вода).

2. От площади свободной поверхности.

3. С ↑Т скорость испарения  возрастает.

4. Чем меньше плотность пара жидкости над ее поверхностью, тем больше скорость испарения.

3. Пары, которые насыщают и не насыщают пространство.

   а).                               В открытом сосуде преобладает процесс испарения,

                                     так как пар относится движением воздуха.

                                

                                     

    б).                                    В герметично закрытом сосуде количество

                                            молекул, которые покидают жидкость за единицу

                                          времени = количеству молекул, которые

                                          возвращаются в жидкость за то же самое время

                                          (конденсация), то есть наступает динамическое

                                           равновесие. при Т = const           

                                   

 Пар, который находится в состоянии подвижного (динамического) равновесия со своей жидкостью, называется  паром, насыщающим пространство, или насыщенным паром.

 Именно такой пар содержится над поверхностью жидкости в закрытом сосуде. Давление насыщенного пара зависит только от температуры.

Пар, который находится над поверхностью жидкости, когда процесс испарения преобладает над процессом конденсации, и пар при  отсутствии жидкости называется ненасыщенным паром. 

Свойства паров, насыщающих пространство:                         ЕПОС, рпара

1. Давление и плотность насыщенного пара зависит от его Т.

2. Не подчиняется закону Шарля (так как m≠const, V = const) и масса насыщенного пара при изохоричном процессе изменяются.

3. Не выполняется закон Бойля - Мариотта  (Т = const), при Т = cons рнас пара   не зависит от объема, плотность насыщенного пара не изменяется (так как масса газа насыщенного пара изменяется).                                                                                        

Свойства паров, ненасыщающих пространство.

К ненасыщенному пару можно применить законы идеального газа лишь в тех случаях, когда пар далек от насыщенности.

Насыщенный пар возможно превратить в ненасыщенный – изохоричным нагревом (изотермическое расшрение).

Ненасыщенный → насыщенный – путем изохоричного охлаждения (изотермическое сжатие).

Опыты показывают, если пар не сталкивается с жидкостью, его можно охладить ниже температуры, при которой он становится насыщенным, а жидкость при этом так и не образуется. Такой пар называется перенасыщенным.    Объясняется это тем, что для образования пара в жидкости необходимы центры конденсации. Обычно, то пылинки или «+» ионы, которые притягивают к себе молекулы пара, что ведет к  образованию маленьких капелек.

4.  ПРОЦЕСС КИПЕНИЯ.

Парообразование, которое происходит в объеме всей жидкости при постоянной температуре, называется кипением. 

При кипении во всем объеме жидкости образуются быстро растущие   пузырьки пара, которые всплывают на поверхность. Температура остается  неизменной (Т=const).

Условие кипения – кипение начинается при температуре, при  которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с  давлением в жидкости.

В жидкости всегда существует растворимый газ, который выделяется на дне и стенках сосуда.

С повышением температуры, давление насыщенного пара возрастает, пузырек растет в объеме и  под действием Fарх всплывает, если t поверхностного слоя жидкости ниже, в пузырьке газ конденсируется, давление падает, пузырек захлопывается (микровзрыв). Этим поясняется шум воды, перед тем как она начинает закипать.

Когда температура жидкости сравнивается, пузырек всплывает на поверхность.

ЗАВИСИМОСТЬ Ткип ОТ ДАВЛЕНИЯ:

1. Чем выше внешнее давление, тем выше Т кипения.

           Например. Паровой котел: р = 1,6 · 106 Па, а вода не кипит даже при      200°С (автоклав).

2. Уменьшение внешнего давления ведет к снижению Ткип.

          Например. Горы: h = 7134 м ; р = 4·104 Па; tводы = 70°С

3. У каждой жидкости своя Ткип , которая зависит от давления насыщенного пара. Чем выше давление насыщенного пара, тем ниже Ткип соответствующей жидкости.

Температура кипения жидкости при нормальном атмосферном давлении наз. точкой кипения (норм условия :  t = 0°С , р = 760 мм рт ст. = 101300 Па, Мвозд = 0,029 кг/моль).

? Как рассчитать количество теплоты, необходимой для превращения  жидкости в пар?                                                        

Qжид = сm (tкип – t1);    Qпар = m·r ;   Q = Qжид + Qп = сm (tкип – t1) +  m·r  

r- Количество теплоты, которая необходима для превращения 1кг жидкости в пар (или пара в жидкость), при постоянной температуре, которая равна температуре кипения называется удельной теплотой парообразования. (Qпар = m·r)

 r – Зависит:      1. От рода вещества.

                           2. От внешних условий.

                                                            ∑отдан = ∑получ        уравнение теплового баланса          

                 Перегретый пар и его применение.

Пар, который получают „в чане”, потом нагревают до высокой температуры, а потом уже направляют в паровую турбину, называют сухим или перегретым. Так как вместе с температурой увеличивается давление пара, то сильно перегретый пар называют паром высокого давления.

После того, как пар выполнит работу в турбине, он еще имеет высокую температуру и большой запас энергии. Поэтому с (ТЭЦ) отработанный пар передается на  предприятия и жилые дома для отопления.

                            Критическое состояние вещества.

Чтобы перевести пар в жидкость, необходимо повысить давление  и  снизить его температуру.

 грани не видно

     Так как   ρ1> ρ2

При увеличении температуры плотность уменьшается для жидкости, а плотность пара возрастает,  и различие между ними становится менее заметным. Если температура будет очень высокой, грань исчезнет.

Критической температурой (tкр)  вещества называется такая температура, при которой плотность жидкости и плотность насыщенного пара становятся одинаковыми.

Давление насыщенного пара какого-либо вещества при его tкр наз. критическим давлением. 

При критической температуре свойства жидкости и насыщенного пара становятся неразличимыми, это означает, что при tкр вещество может существовать только в одном состоянии, которое называют газообразным и в этом случае никаким увеличением давления превратить его в жидкость невозможно. Если вещество находится при  tкр и ркр, то ее состояние называют критическим состоянием.

СЖАТИЕ ГАЗОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНИКЕ.

Газ возможно перевести в жидкое состояние, если его температура ниже критической  (Остан 1908- гелий).

В машинах для сжатия газов используются охлажденные газы в процессе их адиабатического расширения. Предварительно газ сильно сжимают  компрессором, теплота отводится. В процессе адиабатического расширения  сам газ выполняет работу и еще больше охлаждается. Превращается в жидкость. Сжатые газы сохраняют в сосудах Дьюара. Это сосуд с двойными стенками, между которыми – вакуум, для уменьшения теплопроводности стенки покрыты ртутной  амальгамой. Жидкие газы широко применяют в промышленности и научных опытах.

Свойства вещества изменяются при низких температурах:

               - свинец становится упругим;

- резина – хрупкой.

Изучение свойств вещества при низких температурах привело к открытию сверхпроводимости. 

                                           ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА.

В воздухе всегда содержится определенное количество водяного пара. Если водяного пара много, мы говорим, что воздух влажный, если мало – сухой.

Величина, характеризующая содержание водяных паров в разных частях атмосферы Земли называется влажностью воздуха.

Давление, которое оказывал бы водяной пар, если бы остальные газы отсутствовали, наз. парциальным давлением водяного пара.

Для количественной оценки влажности воздуха используют абсолютную и относительную влажность воздуха. 

Абсолютной влажностью воздуха называется плотность водяного пара или давление пара, который находится в воздухе /1м/при данной температуре.

 Относительной влажностью воздуха называется отношение парциального давления  водяного пара, который содержится в воздухе, к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре.

φ- Относительная влажность воздуха показывает,  сколько % составляет абсолютная влажность  ρа  от плотности водяного пара ρн, насыщенного воздуха при  данной температуре.

                                         ρа - плотность водяного пара

                                                                   ρн - плотность насыщенного пара

    Температура, при которой воздух в процессе своего охлаждения, становится насыщенным водяным паром, называют точкой росы.

    Приборы для определения влажности воздуха: гигрометр и психрометр. 

Вопросы для самоконтроля:

          1. Дайте определение  процессов парообразования и конденсации?

          2. Какими путями происходит процесс парообразования?

  3. Поясните принцип охлаждения и нагрева жидкости.

4. От чего зависит скорость испарения жидкости?

5. Что такое динамическое равновесие?

6. Кипение – это ….?

7.  При каком условии какая-либо жидкость начинает кипеть?

8.  Как зависит температура кипения вещества от давления?

9.  Как рассчитать количество теплоты, необходимой для преобразования  жидкости в пар?

10. Влажность воздуха -  это …

11. Как рассчитать относительную влажность воздуха?

12. Дайте определение точки росы.

 Литература

1. Дмитрієва В.Ф.  Фізика: Навч. посіб..- К.: Техніка, 2008.-648 с.: іл..( §63 -§67, §69-70)

2. Владкова Р.А., Добронравов В.Є., Збірник задач і питань з фізики: Навч. посіб.- М.: Наука, 1988.-384 с.

            

  Вопросы для закрепления темы.(ответить усно)

1.  Почему мокрое белье, скошенная трава высыхают быстрее в ветреную погоду  

2. Почему температура воды в открытых водоемах летом всегда ниже

   температуры окружающей среды?  

3. Почему человек, который вышел из воды, ощущает холод, и в ветреную погоду

   это ощущение сильнее?

4.  Чем объяснить, что в резиновой одежде тяжело переносить жару?

Такая одежда не дает влаге, которая образовалась под ней, испаряться в

      окружающий воздух, организм человека перегревается.

5.  Может ли испаряться твердое тело?

6.  Почему вода тушит огонь? Что быстрее потушит пламя – кипяток  или  

    холодная вода? 

7.  Почему барометр «падает» перед дождем

8.   Как изменяется абсолютная и относительная влажность воздуха при его

нагреве?

       



 

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.
12452. Сила давления жидкости на криволинейные стенки. Закон Архимеда 87.12 KB
  Закон Архимеда Решение задачи о силе давления жидкости на поверхности произвольной формы в общем случае сводится к определению трех составляющих суммарной силы и трех моментов. Сила давления жидкости в этих случаях приводится к равнодействующей силе лежащей в плоскости симметрии.8 и определим силу давления жидкости на эту поверхность в двух случаях: а жидкость расположена сверху на рисунке слева и б жидкость расположена снизу на рисунке справа.
9955. Выбор преобразователя давления для измерения избыточного давления 1.12 MB
  Объектом исследования является система измерений количества и показателей качества нефти № 3, принадлежащая ООО «Балтнефтепровод», предназначена для автоматического измерения массы брутто и показателей качества нефти, поступающей по нефтепроводу «Горький-Ярославль» на ЛПДС «Ярославль».
12652. Обоснование системы мероприятий по защите смородины и крыжовника от американской мучнистой росы 531.55 KB
  Сок чёрной смородины богат азотистыми соединениями (до 1,4%) и дубильными веществами (до 0,43%). Ягоды чёрной смородины со своим неповторимым и стойким ароматом, обусловленным присутствием эфирных масел, являются высококачественным сырьём для изготовления варенья, джема, мармелада, соков, соков-порошков и вина. Ягоды всех сортов пригодны для длительного замораживания и использования в течение зимних месяцев.
16982. Посткризисное развитие сельского хозяйства России: точка бифуркации 17.09 KB
  Посткризисное развитие сельского хозяйства России: точка бифуркации В посткризисное время необходимо развивать отечественное сельское хозяйство на принципиально новой технологической основе. Но во многих случаях развитие мирового сельского хозяйства заходит в технологический тупик. Можно сказать что данный тип развития сельского хозяйства обеспечивающий большие объёмы производства недорогого продовольствия в то же время загоняет в технократический угол способы его получения. В этом принципиальное и главное отличие сельского...
1659. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ «Нахождение общей точка N кругов» 122.73 KB
  Организация входных данных. В этом разделе описаны данные, которые пользователь должен ввести, для работы программы. Описание алгоритма. Это словесное описание действий и операций, выполняемых программой для получения конечного результата.
9075. Відносне положення двох прямих Площина. Пряма та точка у площині 35.04 KB
  Дати поняття про визначення площини завдання площини на комплексному кресленні інцидентність точки й прямої площині. визначники площини її зображення на епюрі; умови інцидентності точки і прямої площині; особливі лінії площини та їх зображення на комплексному кресленні. За виглядом визначника площини на епюрі визначати її положення у просторі; знаходити проекції точки та прямої які належать до даної площини; будувати особливі лінії площини.Визначення площини.
7967. КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ 1.42 MB
  Определение понятия давление и соотношение между единицами давления Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей усилия к площади на которую действует усилие. От величины давления зависит протекание технологического процесса. Величина единицы давления зависит от выбранной системы единиц табл.
12047. Биосенсор для определения концентрации гепарина в жидкости 18.6 KB
  Краткое описание разработки: В состав биосенсорного аналитического устройства далее биосенсор входят: биодатчики последнего поколения созданные на основе наноконструкций ДНК обладающие аномальным круговым дихроизмом и легко меняющим его под действием гепарина; портативный дихрометр предназначенный для измерения сигнала кругового дихроизма. Наномостик содержит в своем составе структурный элемент чувствительный к действию гепарина. Биодатчик на основе наноконструкции ДНК обладает уникальными аномальными оптическими свойствами и...
17440. ЗАВИСИМОСТЬ ЗДОРОВЬЯ ОТ ГЕНЕТИЧЕСКОГО НАСЛЕДОВАНИЯ 25.5 KB
  Организация наследственного аппарата клеток человека уровни организации: генный хромосомный геномный. Мутационный процесс и наследственные заболевания человека: а механизм генных мутаций. Болезни обмена веществ и молекулярные болезни человека. Развитие генетики для изучения проблем человека связана с ее общими научными успехами и с тем что эти успехи начинают занимать большое место в идущей научно-технической революции.
7969. Методы и приборы для измерения температуры 389.83 KB
  Методы и приборы для измерения температуры. Измерение температуры практически возможно только методом сравнения степени нагретости двух тел. Для сравнения нагретости этих тел используют изменения какихлибо физических свойств зависящих от температуры и легко поддающихся измерению. Приборы для измерения температуры основаны на изменении следующих свойств вещества при изменении температуры: На изменении объёма тела термометры расширения: изменение линейного размерадилатометры; изменение давления рабочего вещества в замкнутой камере ...
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.