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

35 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

66899. Язык и мышление, Логическая и языковая картины мира 132.5 KB
  Невербальное мышление осуществляется посредством наглядно-чувственных образов, возникающих в результате восприятия впечатлений действительности, которые сохраняются памятью и затем воссоздаются воображением. Невербальное мышление характерно в той или иной степени для некоторых животных.
66900. ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 51.5 KB
  К механическим свойствам относят прочность сопротивление металла сплава деформации и разрушению и пластичность способность металла к необратимой без разрушения деформации остающейся после удаления деформирующих сил. Кроме того напряжения возникают в процессе кристаллизации при неравномерной...
66902. Особенности расследования убийств, совершенных на бытовой почве 228 KB
  Криминалистическая характеристика убийств. Особенности первоначального этапа расследования. Типовые ситуации первоначального этапа расследования. Особенности организации и производства первоначальных следственных. Особенности применения специальных познаний...
66904. КУЛЬТУРА ДРЕВНЕЙШЕГО МИРА 62.5 KB
  Литературоведение — наука о художественной литературе, ее происхождении, сущности и развитии. Современное литературоведение состоит из трех самостоятельных, но тесно связанных между собой дисциплин (разделов): теории литературы, истории литературы и литературной критики
66905. Логические элементы 441 KB
  Рассматриваются принципы работы, характеристики и типовые схемы включения простейших логических элементов — инверторов, буферов, элементов И и ИЛИ, а также приводятся схемотехнические решения, позволяющие реализовать на их основе часто встречающиеся функции.
66906. Модели и процессы управления проектами программных средств 257.5 KB
  Назначение методологии СММ/CMMI – системы и модели оценки зрелости – состоит в предоставлении необходимых общих рекомендаций и инструкций предприятиям, производящим ПС, по выбору стратегии совершенствования качества процессов и продуктов, путем анализа степени их производственной зрелости и оценивания факторов...
66907. ФУНКЦИИ ГОСУДАРСТВА 149.5 KB
  Научное познание государства любого исторического типа обязательно предполагает рассмотрение его функций представляющих собой важнейшие качественные характеристики и ориентиры не только собственно государства как особой организации публичной власти но и общества в целом.