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

40978. Медична гельмінтологія. Плоскі та круглі черви-паразити людини 46.5 KB
  Загальна характеристика типу Плоскі червиPlthelminthes а клас Сисуни клас Стьожкові Загальна характеристика типу Круглі червиNemthelminthes а клас Власне круглі черви Nemtod. Черви – багатоклітинні двобічносиметричні тварини.
40979. Поняття заробітної плати і методи її правового регулювання 177 KB
  Оплата праці. З економічної точки зору заробітною платою вважається вартість або ціна праці в грошовій формі як частка працівника в національному доході що на еквівалентній основі виплачується йому за виконану роботу. Для правового визначення заробітної плати має значення обов'язок роботодавця виплачувати працівникові винагороду за його працю з одного боку і наявність у працівника суб'єктивного права на одержання цієї винагороди за попередньо встановленими нормами праці з другого. Політика винагороди за працю організовується так щоб...
40980. ТРУДОВИЙ ДОГОВІР 233.5 KB
  Відсторонення працівника від роботи. Така угода характеризується наступними ознаками: працівник особисто виконує свої трудові функції; працівник повинен в ході виконання своєї трудової функції підпорядковуватись правилам внутрішнього трудового розпорядку; власник або уповноважений ним орган повинен організувати працю працівникастворити необхідні та належні умови праці виплачувати йому заробітну плату і т. До них слід віднести взаємне волевиявлення сторін про прийняття влаштування працівника на роботу визначення трудової функції...
40981. Медична арахноеитомологія. Членистоногі та комахи-збудники і переносники збудників захворювань людини 46.5 KB
  Клас павукоподiбнi rchnoide Медичне значення мають представники скорпіонів павуків та кліщів. Медичне значення кліщів як збудників хвороб та переносниківзбудників захворювань людини :Розміри кліщівcrinдрібні .У багатьох кліщів голово груди і черевце зливаються в єдине ціле втрачаючи сегментацію .Ротовий отвір кліщівколючосисний або гризучесисний .
40982. Взаємовідношення мови й гендера 89.5 KB
  Мовна картина світу як результат пізнання та концептуалізації об’єктивної дійсності Мові належить активна роль у культурі й пізнанні. Вона є унікальною здатністю людини що відрізняє її від будьяких інших живих істот і решти світу. Кожен народ посвоєму розчленовує фрагменти світу і посвоєму називає їх. Формується світ тих хто говорить цією мовою тобто формується концептуальна картина світу як сукупність знань про світ що є зафіксованими у лексиці граматиці фразеології.
40983. Охорона праці. Нагляд і контроль за дотриманням законодавства про працю і правил з охорони праці 218.5 KB
  Охорона праці. Нагляд і контроль за дотриманням законодавства про працю і правил з охорони праці. Поняття охорони праці за трудовим правом Загальновідомо що економічне зростання автоматично ще не веде до збалансованого економічного і соціального розвитку. Зміни що відбуваються у структурі зайнятості й попиту на робочу силу як і до становища працівника на робочому місці умов його праці ставлять підвищені вимоги до безпеки праці.
40984. Конфлікти в колективі 40.5 KB
  Тому проблема здебільшого полягає не в наявності самого факту конфлікту а в тому який характер він носить – деструктивний чи конструктивний – і яким чином розв’язується. Конструктивна та деструктивна суть конфліктів Деструктивний конфлікт переводить причини що призвели до конфлікту на “особистостіâ€. Дана установка не веде до вирішення конфлікту а навпаки його загострює зростає упередженість проти партнера напруга у взаємостосунках посилюються неприємні почуття та переживання виникають стреси та ін. Прикладом деструктивного...
40985. Трудові спори і порядок розв’язання 183.5 KB
  Поняття трудових спорів та їх класифікація При здійсненні відносин людей під час трудової діяльності між працівниками і власниками підприємств або уповноваженими ними органами можуть виникати й часто виникають різного роду непорозуміння. Перебудова виробничих і трудових відносин нові форми застосування і використання праці істотно вплинули не тільки на індивідуальні трудові відносини а й на структуру і зміст організаційноуправлінських відносин що виникають між власником підприємства або уповноваженою ним особою з одного боку і трудовим...
40986. 4-х комнатный жилой дом мансардного типа 103.5 KB
  Расширился ассортимент, и повысилось качество применяемых в отечественном строительстве отделочных материалов — всех видов керамической плитки, покрытий для пола и стен, а также керамических санитарных и санитарно-технических изделий.