3836

Определение удельной теплоты парообразования

Лабораторная работа

Физика

Определение удельной теплоты парообразования Приборы и принадлежности: Кипятильник, сухопарник, термометр, штатив, технические весы, разновес, барометр-анероид, калориметр, сосуд с водой, стакан. Рис. 12 Теория работы и описание приборов Парообразов...

Русский

2012-11-08

135 KB

66 чел.

Определение удельной теплоты парообразования

Приборы и принадлежности:

Кипятильник, сухопарник, термометр, штатив, технические весы, разновес, барометр-анероид, калориметр, сосуд с водой, стакан.

Рис. 12

Теория работы и описание приборов

Парообразованием называется переход вещества из жидкого состояния в пар. Парообразование, происходящее при любых температурах с открытой поверхности жидкости, называется испарением.

Явление испарения объясняется тем, что молекулы жидкости обладающие достаточно большой кинетической энергией, преодолевают притяжение соседних молекул и вылетают с её поверхности, что ведёт к уменьшению внутренней энергии жидкости, т. е.  ее охлаждению. Обратный процесс перехода пара в жидкость называется конденсацией.

Процессы испарения и конденсации идут одновременно и пар. находящийся в динамическом равновесии с жидкостью, называется насыщенным.

Давление (упругость) насыщенного пара возрастает с повышением температуры. При нагревании жидкости до температуры, при которой давление её насыщенных паров станет равным внешнему (атмосферному) давлению, испарение жидкости будет происходить не только с поверхности, во и во всем её объёме, где начинают возникать пузырьки пара, всплывающие на поверхность и разрывающиеся над ней. Бурное выделение паров изнутри жидкости называется кипением. В течение всего процесса кипения температура остаётся постоянной, если кипение жидкости происходит при постоянном давлении. Чтобы жидкость кипела, необходимо нагреть её до температуры кипения, а затем сообщить добавочное количество тепловой энергии.

Количество теплоты, необходимое для превращения в пар единицы массы жидкости, нагретой до температуры кипения, называется удельной теплотой парообразования – r. При конденсации не происходит понижения температуры пара. При этом выделяется теплота за счёт уменьшения потенциальной энергии молекул вещества[I~И переходе его из одного агрегатного состояния в другое. Количество теплоты, выделяемое в окружающую среду при переходе единицы массы пара в жидкое состояние называется удельной теплотой конденсации. (Удельная теплота конденсации равна удельной теплоте парообразования).

Удельная теплота парообразования r идёт на работу А, совершаемую молекулами при прохождении сквозь поверхностный слой жидкости, и на работу А связанную с увеличением удельного объема V0 вещества при его переходе из жидкого состояния в газообразное: r = А + А’. Толщина поверхностного слоя, в пределах которого на молекулу действуют силы притяжения, равна радиусу молекулярного действия R. Обозначив среднюю силу, действующую на длине этого радиуса молекулярного действия через F, получим выражение для работы вырывания одной молекулой: А = FR.

Работа А, совершаемая всеми молекулами, находящимися в единице массы жидкости:

где n – число молекул в единице массы.

Работа расширения ,

где – удельный объем пара, т.е. объём занимаемый единицей массы пара;

V0 – удельный объём жидкости;

р – давление, при котором происходит кипение.

Тогда

Это соотношение не позволяет непосредственно вычислить значение r так как остаются неизвестными F и R, но оно показывает, что r зависит от той же силы молекулярного взаимодействия F, которая обулавливает и наличие поверхностного натяжения. Для определения удельной теплоты парообразования пользуются калориметрическим методом, для чего составляют на основании опыта уравнение теплового баланса. Установка для такого опыта изображена на рис. 12.

Пар из сосуда В через сухопарник С поступает в калориметр К с водой, где конденсируется, нагревая при этом воду.

Предполагая‚ что тепловой обмен происходит без потери тепла в окружающую среду, можно составить уравнение теплового баланса:

где – количество теплоты, отданное паром при конденсации его в жидкость;

– масса сконденсированного пара;

– количество теплоты, выделенное при охлаждении образовавшейся из пара воды от температуры конденсации t1 до температуры смеси t;

– количество теплоты, полученное водой в калориметре при прохождении пара;

– количество теплоты, полученное калориметром, где с и с1  – удельные теплоемкости воды и калориметра,

m1 и m2  – масса воды в калориметре и внутреннего сосуда калориметра;

t0 – начальная температура воды и калориметра;

t – температура смеси.

Подставив значения Q1, Q2, Q3, Q4 в (1), получим

,

откуда

                                                          (2)

Порядок выполнения работы

  1.  Убедившись, что в кипятильнике В есть вода, нагревают её до кипения.
  2.  Определяют массу m1 внутреннего cсосуда калориметра.
  3.  Наливают в калориметр воды до 3/4 объёма и определяют массу калориметра с водой m2, тогда масса воды m=m2-m1.
  4.  Измеряют начальную температуру воды и калориметра t0.
  5.  После того, как вода закипит и из трубки сухопарника С начнёт выходить пар, опускают конец стеклянной трубки в калориметр на глубину 2—3 см (до интенсивного парообразования под трубкой ставят стакан).
  6.  Помешивая термометром воду в калориметре, наблюдают затем температурой. После повышения температуры на 5-6°C вынимают стеклянную трубку из калориметра, отставляют его (на его место опять ставят стакан, чтобы вода не капала на стол) и, тщательно перемешивая, отсчитывают максимальную температуру смеси t.
  7.  Определяют общую массу м3 калориметра с водой и водой, образованной из пара m0:

m0=m3-m2

  1.  Определяют удельную теплоту парообразования по формуле (2)
  2.  Все результаты измерений и вычислений заносят в таблицу.
  3.  Опыт повторяют ещё раз. Из найденных двух значений <r> находят среднее значение <r>.

Таблица наблюдений

m1

m2

m

m3

m0

t0

t1

t

r

<r>

Ед. изм.

кг

кг

кг

кг

кг

0С

0С

0С

1.

2.

3.

Справочная таблица

Удельная теплоемкость

вода

с

4190

алюминий

с1

890

Контрольная вопросы

  1.  Что называется парообразованием, испарением, кипением, конденсацией?
  2.  От чего зависит скорость испарения жидкости?
  3.  Что называется удельной теплотой парообразования?
  4.  Как зависит температура кипения от внешнего давления?
  5.  Какой пар называется насыщенным?
  6.  Объяснить явление испарения и кипения с точки зрения молекулярно-кинетической теории.
  7.  Почему испарение сопровождается охлаждением, а конденсация выделением теплоты?
  8.  Почему не повышается температура кипящей жидкости при её нагревании?
  9.  Выведите формулу для определения удельной теплоты парообразования.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30386. Сущность автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов производства РЭС 218 KB
  Лекция: Основы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов производства РЭС В лекции объясняется сущность процесса проектирования РЭС и системного подхода к задаче автоматизированного проектирования РЭС. Излагаются задачи проектирования по степени новизны проектируемых изделий. Рассматривается сущность системного подхода к проектированию Основное назначение лекции: показать сущность процесса проектирования РЭС принципы проектирования и основной принцип проектирования системный подход 2. Сущность процесса...
30387. Основы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов производства РЭС 197.5 KB
  Лекция: Основы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов производства РЭС окончание Рассматривается сущность системного подхода к проблеме автоматизированного проектирования РЭС. Системный подход к задаче автоматизированного проектирования технологического процесса Системный подход к задачам автоматизированного проектирования требует реализации совместного проектирования технологического процесса ТП и автоматизированной системы управления этим процессом АСУТП. Традиционное раздельное рассмотрение задач...
30388. Системы автоматизированного проектирования (САПР) РЭС 147 KB
  Лекция: Системы автоматизированного проектирования САПР РЭС В лекции приводятся основные определения назначение и принципы систем автоматизированного проектирования САПР. Даются сущность и схема функционирования САПР. Показано место САПР РЭС среди других автоматизированных систем. Рассматриваются структура и разновидности САПР.
30389. Технические средства САПР и их развитие. Требования, предъявляемые к техническому обеспечению 260 KB
  Лекция: Технические средства САПР и их развитие Формулируются требования предъявляемые к техническому обеспечению САПР. Рассматриваются структура и состав технического обеспечения САПР. Основное назначение лекции дать общее представление о техническом обеспечении САПР: предъявляемых к нему требованиях структуре составе и архитектуре 5. Требования предъявляемые к техническому обеспечению Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать: выполнение всех необходимых проектных процедур для которых имеется соответствующее...
30390. Основные особенности и достижения глобальной раннеклассовой цивилизации 37.74 KB
  Возникновение частной собственности разделение общества на классы появление социальных институтов Переход от общинной собственности к частной передаваемой по наследству членам своей семьи преодоление принципа уравнительного распределения возможность обособленного присвоения средств и результатов производства – все это вызвало экономический интерес к приумножению собственности на благо отдельной личности а значит открылась возможность повышать производительность труда. социальных групп людей занимавших свое место в системе...
30391. Локальная цивилизация Древнего Египта: развитие и основные достижения 35.11 KB
  Локальная цивилизация Древнего Египта: развитие и основные достижения Эффективное использование благ Нила было невозможно без коллективного и организованного труда всех живущих в его долине. Моноотраслевая экономика экстенсивное развитие ирригационная система земледелия экономически оправданное рабство труд рабов использовался круглый год; труд на ограниченном легко контролируемом пространстве Политика. Южное направление – экспансия рабы полезные ископаемые развитие ирригации. Северное направление – поддержка и развитие торговых...
30392. Локальная цивилизация Древнего Шумера: развитие и основные достижения 40.75 KB
  На основе этих технологий шумеры пытаются продолжать вести хозяйство на новых землях и строят системы осушения почвы. Обслуживание ирригационной системы неизбежно привело к распространению рабского труда. Аккат Саргон Основные направления политики Саргона и его династии: создание единой ирригационной системы; поддержание постоянной армии 5400 чел. Ирригационные системы шумеров были сложнее египетских но культурных сооружений они оставили меньше.
30393. Локальная цивилизация Древнего Китая: развитие и основные достижения 35.86 KB
  Появление городской цивилизации Шан 1812 вв. В квазигосударстве Шан зарождалась пиктографическая письменность картинки. Основу культовой практики Шан составляло представление о переселении душ. союз племен Чжоу захватывает государство Шан.
30394. Локальная цивилизация Древней Персии (империя Ахеменидов): развитие и основные достижения 34.36 KB
  Рабы участвовали в экономике имели экономическую свободу так как раба не выгодно было иметь лучше продать больше продукции чем кормить его. Знать освобождается от налогов; региональная элита осуществляет экономическое управление в своей области сатрапии; кастовое общество но все социальные группы получают широкую экономическую самостоятельность; поскольку все социальные группы вовлечены в торговлю во внутреннем рынке они вынуждены пользоваться единой денежной системой и становятся зависимы от центральной власти; восточную деспотию в...