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

72 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

48470. Схемотехника аналоговых электронных устройств. Качественные показатели и характеристики аналоговых электронных устройств 975.68 KB
  В результате изучения дисциплины студенты должны: знать принципы функционирования основных аналоговых электронных устройств и их базовых элементов особенности схемотехники этих устройств в том числе и учитывающие возможность их реализации по интегральной технологии и необходимость обеспечения стабильности их работы; знать и уметь применять методы анализа усилительных и других аналоговых электронных устройств основанные на использовании эквивалентных схем; уметь составлять эти схемы на базе принципиальных схем анализируемых устройств; ...
48471. Моделирование систем. Конспект лекций 20.26 MB
  Морозов Моделирование систем Конспект лекций Рязань 2011 Введение Моделирование как создание некой системы системымодели второй системы имеющей определенное сходство с системойоригиналом первой системой. Теория моделирования применяется: а при аналитическом отыскании зависимостей соотношений и решений конкретных задач; б при обработке результатов экспериментальных исследований и испытаний различных технических устройств в тех случаях когда результаты представлены в обобщенных критериальных зависимостях; в при...
48472. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СИСТЕМЫ МОТИВАЦИИ ПЕРСОНАЛА ОАО «ЭТК» 543.5 KB
  Путь к эффективному управлению человеком лежит через понимание его мотивации. Только зная то, что движет человеком, что побуждает его к деятельности, какие мотивы лежат в основе его действий, можно попытаться разработать эффективную систему форм и методов управления им.
48473. Виробничий менеджмент. Конспект лекцій 464.5 KB
  Все це вимагає від керівників глибокої теоретичної підготовки та вміння ефективного управління організаціями. Тому на сьогоднішній день актуальною стає проблема підготовки спеціалістів з управлінням виробництвом. Це поьребує від фахівців виробничої сфери чітко усвідомити закони принципи і методи ефективного управління оперативною діяльністю всього відтворювального циклу. Менеджмент передбачає управління всією різноманітною функціональною діяльністю організації.
48474. ДЕНЬГИ. КРЕДИТ. БАНКИ 1.15 MB
  Необходимость возникновение сущность и функции денег Происхождение денег и их эволюция. Предпосылки появления денег и их значение и необходимость. Сущность и функции денег Роль денег в экономике и социальной сфере. Особенности проявления роли денег при разных моделях экономики Лекция 2.
48475. Компьютерная (машинная) графика 418.5 KB
  Таким образом появляется возможность хранить не все точки изображения а координаты узлов примитивов и их свойства цвет связь с другими узлами и т. это требует пересчета сравнительно небольшого числа координат узлов. Таким образом любой цвет можно разложить на оттенки основных цветов и обозначить его набором цифр цветовых координат. Векторы представляют собой математическое описание объектов относительно точки начала координат.
48476. ДОКУМЕНТАЦИЯ БУХГАЛТЕРСКОГО УЧЕТА 130 KB
  Первичные документы Для непрерывного отражения объектов бухгалтерского учета необходимо фиксировать каждую хозяйственную операцию. Затем осуществляются регистрация и экономическая группировка их данных в системе синтетических и аналитических счетов бухгалтерского учета. Формы регистров бухгалтерского учета разрабатываются и рекомендуются Министерством финансов РФ органами которым федеральными законами предоставлено право регулирования бухгалтерского учета или федеральными органами исполнительной власти.
48477. Основные понятия налогообложения участников внешнеэкономической деятельности 152.5 KB
  Резиденты: а физические лица являющиеся гражданами Российской Федерации за исключением граждан Российской Федерации признаваемых постоянно проживающими в иностранном государстве в соответствии с законодательством этого государства; б постоянно проживающие в Российской Федерации на основании вида на жительство предусмотренного законодательством Российской Федерации иностранные граждане и лица без гражданства; в юридические лица созданные в соответствии с законодательством Российской Федерации; г находящиеся за пределами территории...
48478. Земельное право, курс лекций 927 KB
  Предмет правового регулирования является важнейшим фактором, предопределяющим обособление той или иной отрасли права. Первый учебник, в котором содержалось определение предмета земельного права