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

38614. Анализ механизма начисления и выплаты пенсий, выявление проблем и разработка путей их решения 896 KB
  Появление внебюджетных и целевых бюджетных фондов находится в общей децентрализации государственных финансов на этапе рыночных преобразований. Выделение в составе бюджетов различных уровней и за пределами специальных фондов, со своими источниками и направлениями расходования, призвано было принципиально изменить подход всех субъектов социально-экономической сферы к финансовым средствам. Основная причина создания всех фондов одна – обеспечение более эффективного использования средств.
38615. Переустройство и перепланировка: особенности правового регулирования федеральным и региональным законодательством 338.5 KB
  Понятие и виды переустройства и перепланировки жилого помещения отличие от реконструкции. Правовые основания для отказа в согласовании переустройства и переоборудования жилого помещения. Ответственность за самовольное переустройство и...
38616. Матеріали, інструменти та пристосування, що використовуються для стрижки Каскад 903 KB
  Накручування волосся на бігуді. Технологія виконання накручування волосся на бігуді. Правила і прийоми горизонтального і вертикального накручування волосся на бігуді. Характеристика засобів для укладання волосся за допомогою бігуді.
38617. Поглощение буровых растворов 398.5 KB
  Основные причины поглощения бурового раствора.Устройства для ликвидации поглощения. Повышение эффективности борьбы с поглощениями при строительстве скважин является весьма актуальной задачей. Поэтому одним из путей сокращения цикла строительства скважин является совершенствование способов и средств борьбы с поглощениями буровых растворов и иных жидкостей в скважинах.
38618. Создание БД «Учет Зарплаты Строительной фирмы» 1.04 MB
  СУБД это программная оболочка расширяющая функции операционной системы которая управляет доступом к базам данных и обеспечивает сервисные функции для пользователя. Иерархическая база данных представлена как дерево состоящее из объектов различных уровней. Сетевая база данных база данных подобная иерархической базе данных за исключением того что в них имеются указатели в обоих направлениях которые соединяют родственную информацию.
38619. ЕВОЛЮЦІЯ ФОРМ РОСІЙСЬКОГО НАРОДНО-СЦЕНІЧНОГО ТАНЦЮ 1020.5 KB
  Напротязі багатьох років російський народно-сценічний танець постійно розвивається, збагачується новими темами, новою пластикою, ускладнюється композиція народно-сценічнічних хореографічних творів, загострюється форма їх сценічної подачі, що вимагає ретельного дослідження та систематизації танцювальних форм, жанрів та видів російського народного танцювального мистецтва.
38620. Аттестация типовых рабочих мест для предприятий текстильной промышленности 1.81 MB
  Основные понятия аттестации рабочих мест организация и порядок проведения аттестации рабочих мест по условиям труда Научно-исследовательский д. показать аттестацию типовых рабочих мест по условиям труда в текстильной промышленности на ЗАО Техноткани выработать рекомендации по улучшению условий труда. Практическая значимость и рекомендации по использованию результатов работы Результаты работы имеют практическое значение и могут быть использованы для решения задач охраны труда 3. При анализе условий труда использовались...
38621. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ по выполнению выпускной квалификационной работы по специальности «Юриспруденция» 271.56 KB
  65 Юриспруденция БИБЛИОТЕКА ЦФ РАП Воронеж 2009 № ББК 67р М 54 Методические рекомендации по выполнению выпускной квалификационной работы по специальности 030501. Методические рекомендации по выполнению выпускной квалификационной работы обсуждены и одобрены на заседании учебно методического совета ЦФ РАП Протокол № 4 от 26.2008 Методические рекомендации по написанию и оформлению выпускной квалификационной дипломной работы подготовлены в соответствии с требованиями Федерального закона от 22 августа 1996 г.
38622. Генетический скрининг 96 KB
  Генетический скрининг представляет собой обследование популяции на предмет выявления лиц, обладающих генотипом, о котором известно, что он связан либо с болезнью, либо с предрасположением к ней у человека или его потомства. В научно-исследовательском плане скрининг может дать представление о частоте определенного генотипа в популяции и о полиморфизме заболевания