41237

Свойства реальных газов и паров. Опыт Эндрюса. Диаграммы термодинамических свойств жидкостей и паров

Лекция

Физика

Известно что при нагревании жидкости испаряются. при кипении во всем объеме жидкости образуются свободные замкнутые поверхности паровые пузыри внутрь которых и происходит испарение жидкости. Изменение агрегатного состояния при кипении жидкость – пар может происходить при подводе теплоты извне к жидкости. При охлаждении паров жидкости происходит конденсация: пар переходит в жидкое состояние.

Русский

2013-10-23

5.88 MB

33 чел.

Лекция №7

7.1. Свойства реальных газов и паров. Опыт Эндрюса. Диаграммы термодинамических свойств жидкостей и паров.

Известно, что при нагревании жидкости испаряются. Испарение жидкостей, вообще говоря, происходит в широком диапазоне температур. Так, например, вода, разлитая на полу, с течением времени испаряется и этот процесс протекает при комнатной температуре. Парообразование может протекать и при кипении жидкостей. Кипением называется процесс внутреннего парообразования: т.е. при кипении во всем объеме жидкости образуются свободные замкнутые поверхности (паровые пузыри), внутрь которых и происходит испарение жидкости.

Изменение агрегатного состояния при кипении (жидкость – пар) может происходить при подводе теплоты извне к жидкости. При охлаждении паров жидкости происходит конденсация: пар переходит в жидкое состояние. Из сказанного понятно, что в процессе изменения агрегатного состояния происходит изменение количеств жидкости и пара.

Можно ли скондестировать пары всех известных жидкостей? Для ответа на этот вопрос английский ученый Д.Эндрюс провел серию опытов по изотермическому сжатию известных газов. Схема опыта Д.Эндрюса представлена на следующем рисунке (рис.7.1)

 

                                                                                                                                     

Рис.7.1. Схема опыта по изотермическому сжатию СО2

Известно, что при сжатии газа, его температура повышается (см. уравнение 18 и Таблицу термодинамических процессов: при уменьшении объема температура растет). Т.о. для того, чтобы температура оставалась постоянной при сжатии газа, необходимо газ охлаждать - отводить от него теплоту.

Рис.7.2. Экспериментальные данные изотермического сжатия углекислого газа.

Если провести аналогичные экспериментальные измерения при различных температурах, то можно получить семейство кривых, показанных на рис.7.3.

                                   t3> t2> t1

 Рис.7.3. Изотермы сжатия паров углекислого газа.

Если проводить изотермическое сжатие при различных температурах то можно получить следующее распределение изотерм

Если провести ряд изотерм при различных температурах, то характерные точки излома изотерм можно объеденить одной линией, которая называется пограничной кривой.  

                       

Кроме того все поле диаграммы делиться на три характерные области:

жидкость недогретая до кипения;

жидкость + пар в состоянии насыщения;

перегретый пар (газообразное состояние).

Показанная на рисунке диаграмма называется: фазовая диаграмма термодинамических состояний жидкость-пар.

В T,s - координатах такая же диаграмма имеет вид

 

                                                                

Процесс подвода  теплоты при постоянном давлении

                                                      

Кипение - процесс внутреннего парообразования. Это означает, что при достижении некотрого уровня температуры (т.е. жидкость доходит до  определенного  энергетического уровня, при котором возможно образование свободных поверхностей  внутри  жидкости, в эти пустоты, полости происходит испарение жидкости - образуются паровые пузыри). Поэтому такое состояние жидкости называют еще состоянием насыщения.

                                

При кипении жидкости, несмотря на то что все время подводится к жидкости теплота температура остается неизменной (T = const), т.к. подводимая теплота расходуется на процесс парообразования, т.е. на перевод молекул жидкости в паровую фазу.

Термодинамические процессы реальных газов (паров) представляют с помощью термодинамических диаграмм и таблиц. Данные для этих диаграмм получают экспериментально при различных параметрах аналогично тому, как было показано в опыте Эндрюса. Затем на основании этих опытов строят T,s; h,s  или p,v - диаграммы, похожие на те, которые показаны на рисунках.  Наиболее распространенными являются h,s - диаграммы.

Термодинамические процессы реальных газов (паров) представляют с помощью термодинамических диаграмм и таблиц. Данные для этих диаграмм получают экспериментально при различных параметрах аналогично тому, как было показано в опыте Эндрюса. Затем на основании этих опытов строят T,s; h,s  или p,v - диаграммы, похожие на те, которые показаны на рисунках.  Наиболее распространенными являются h,s - диаграммы.


Сжатие жидкости

Окончание конденсации

Процесс конденсации (T,p = const)

Начало конденсации

Сжатие газа

Отвод теплоты от газа

p

v’- удельный объем

конденсата (кипящая жидкость)

Начальные параметры:

p0= 98кПа =0,98 бар

T0= 293 К  (20ºС)

v0= 0,0561 м3/кг

v”-удельный объем

сухого насыщенного пара

p1= p2 =5733кПа =

=57,33 бар

v

v

p

p3 =9807 кПа =

=98,07 бар

v”=0,00526 м3/кг

v’ =0,00126 м3/кг

v =0,00118 м3/кг

p

v

Если провести огибающую линию через точки, соответствующие состояниям кипящей воды и сухого насыщенного пара, то получим кривую, которая называется – пограничная кривая.

Пограничная кривая создает 3 основные области на диаграмме:

I – жидкость, не догретая до кипения.

II -  влажный насыщенный пар.

III – перегретый пар.

t1

t2

t3

Пограничная кривая

Выводы:

- при сжатии газа (до начала конденсации)

объем изменяется намного сильнее, чем при сжатии жидкости (после окончания конденсации);

- при повышении температуры сжатия участок конденсации сокращается: разность удельных объемов пара (v’’) и жидкости (v) стремится к нулю; (v’’ - v) 0

 

v’

v’’

Пограничная кривая

Критическая точка (для воды:

pк=22,115 Мпа, Тк=647,27 К)

Жидкость не догретая до кипения

Жидкость + пар

Перегретый пар

К

Линия кипящей жидкости или

левая (нижняя) пограничная

Линия сухого насыщенного пара или правая (верхняя)

пограничная кривая

Обычно процесс парообразования происходит при постоянном давлении т.е. изобарно.

Изобарный процесс изображается линией p = const. (на диаграмме 1-2-3-4)

К

x кг сухого насыщенного пара + (1 - x) кипящей воды

К

Начальная температура

жидкости (холодная жидкость)

Температура

кипения

жидкости при заданном давлении

Окончание процесса кипения жидкости

Перегрев пара

1 кг сухого насыщенного пара

1 кг кипящей жидкости

с.н.п.

В.н.п.

Кипящая вода

Т.о. при температуре насыщения рабочее тело (вода, водяной пар) может находится в состоянии кипящей жидкости (обозначение к.в.), влажного насыщенного пара (в.н.п.) и сухого насыщенного пара (с.н.п.).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82051. Архітектура рідного міста. Стилістичні ознаки будівель-пам’яток архітектури місцевого значення. Вивчення студентами-архітекторами стилістичних ознак будівель для поглиблення фундаментальних фахових знань 77 KB
  Мета: Підвищити рівень знань та розвинути пізнавальні можливості студентівархітекторів при вивченні архітектурних стилів; поглибити знання студентів про стилістичні ознаки будівель навчити розпізнавати пам’ятки архітектури міста Чернівців за стилями.
82052. Ким бути? Яким бути? 54 KB
  Мета: З’ясувати рівень знань учнів про професії; Розширити знання дітей про професії; Формувати інтерес до професій батьків; Розвивати вміння працювати самостійно та в групах; Розвивати вміння планувати та оцінювати свою діяльність Познайомити з поняттями майстер посада...
82053. Врятуй своє майбутнє 60.5 KB
  Пані в чорному: Шановна публіко, панове, Ми починаєм дійства мову, Що розповість не про минуле, Яке нащадки вже забули, А про сучасне піде мова... Важкою буде ця розмова. Не десь у казці, за горами, А тут і зараз поміж нами Йде боротьба зла та добра І вибрати нам всім пора.
82054. Пора навчання – світла й неповторна 60 KB
  Мета: поглибити знання учнів про святкування дня студента, історію Хорольського Міжрегіонального центру звільнених у запас військовослужбовців. Виховувати у учнів любов до життя; любов до молодості, патріотичне відношення до свого навчального закладу, вміння помічати красиве; спостережливість.
82055. О времени, о жизни, о себе... 56.5 KB
  О счастье жить дышать и понимать Как ледяное время бьется в жилах И слушать ночь течение её Стоять и петь под солнцем на горе Вот я иду по солнцу. Ты солнце рушишь изменяя время И хитрости придумываешь чтобы заставить жить меня: Мне солнце мёдом наполняет грудь Пусть звёзды гаснут рано или поздно...
82056. ПОГОВОРИМО ПРО АСТРОНОМІЮ 83.5 KB
  Познайомити учнів з новою наукою про природу - астрономію. її розділи; сформувати уяву про походження і розвиток цій науки; розвинути зацікавленість у вивченні цієї науки та спостереженні за космічними об’єктами; вміння користуватися додатковою літературою; виковувати гордість за досягнення...
82057. Тато, мама і я – дружна сім’я 59.5 KB
  Будем разом відзначати і родину шанувати. Не забути рідну мову батька щирий заповіт мами ніжну колискову що нас вивела у світ. Пісня колискова для мами Колискові вечорами нам співали наші мами а тепер пора і нам заспівать про наших мам. Радість маєш чи тривогу серце мами разом з нами.
82058. Сім’я буде щасливою коли… 155.5 KB
  На світ білому єдине, Як і Дніпрова течія, Домашнє вогнище родинне, Оселя наша і сім’я. В щасливі і в сумні години, Куди б нам не стелився шлях, Не згасне вогнище родинне В людських запалених серцях. (Д. Білоус) Тематичні питання: Які люди, що допомагають іншим, найважливіші? Чи важливо знати історію свого роду?