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

73704. Электростатика проводников 156.5 KB
  В проводнике заряды могут двигаться при наложении маленьких полей в пределе бесконечно малых. Проводник – это такая среда содержащая свободные заряды которые можно перемещать по объему без совершения работы идеальный проводник. Такие проводники в природе существуют.
73705. Конденсатор. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов 110 KB
  Можно выбрать сколько угодно проводников диэлектриков и подать на два выбранных проводника некоторые противоположные заряды и померить разность потенциалов между выбранными проводниками. Зарядим обе сферы равными по модулю и противоположными по знаку зарядами. Помещаем на платинах разноимённые заряды . Если представить что мы создали данную разность потенциалов на каждом конденсаторе отдельно а потом соединили их то сумма зарядов при присоединении не изменится ни справа ни слева .
73707. Постоянный электрический ток, Электрический ток, плотность тока, сила тока 323.5 KB
  Электрический ток плотность тока сила тока. Основными характеристиками электрического тока являются плотность тока векторная характеристика и сила тока скалярная величина. Плотность электрического тока – заряд проходящий через единичную площадку перпендикулярную потоку за единицу времени. Сила электрического тока через поверхность с заранее выбранным направлением нормали – это заряд протекающий через единицу времени.
73708. Поле проводника с постоянным током 70.5 KB
  Из условия стационарности делаем вывод что цепь постоянного тока замкнута. Рассмотрим проводник тока малый настолько что его можно считать трубкой тока. Выберем положительное направление обхода в направлении потока тока. произведение алгебраической величины тока на сопротивление равна разности потенциалов и ЭДС сторонних сил.
73709. Закон Джоуля-Ленца для участка цепи 387 KB
  Проводимость шариков много больше проводимости земного шара. Будем считать что в среде выполняется закон Ома в дифференциальной форме где проводимость среды в данной точке. Проводимость анизотропных сред. линейная проводимость квадратичная проводимость.
73710. Постоянное магнитное поле. Сила Лоренца 227.5 KB
  Постоянное магнитное поле. Можно полагать что в процессе движения заряд создает некоторое поле которое называется магнитное поле. Если один заряд или система зарядов создали поле с вектором то на другой заряд движущийся в этом поле действует сила. Поместим проводник в магнитное поле.