Свойства паров, жидкостей и твердых тел

Плавление — процесс перехода вещества из кристаллического (твердого) состояния в жидкое. Для большинства тел (объем при плавлении возрастает) плавление происходит при постоянной, возрастающей с ростом внешнего давления, температуре (точке) плавления Т_пл. Если при плавлении объем вещества уменьшается, то понижается с увеличением давления.

Кристаллизация (отвердевание) — процесс перехода вещества вследствие его охлаждения из жидкого состояния в твердое.

Удельная теплота плавления — количество теплоты, необходимое для плавления единицы массы тела при его температуре плавления:

Единица удельной теплоты плавления: джоуль на килограмм (Дж/кг).

Вещество при кристаллизации выделяет такое же количество теплоты, которое поглощалось при его плавлении, причем температуры кристаллизации и плавления равны (рис. 3.8).

Парообразование — процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Существует два способа перехода жидкости в парообразное состояние: испарение и кипение.

Испарение — парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости. Испарение твердых тел называют возгонкой или сублимацией. При испарении температура жидкости понижается.

Скорость испарения зависит от рода (состава), температуры и площади поверхности жидкости. Движение и давление гаON.

Таблица 3.1

Рис. 3.8

за над испаряющейся поверхностью также влияет на скорость испарения.

Кипение — парообразование во всем объеме жидкости при постоянной, зависящей от давления, температуре кипения Т_к. С ростом внешнего давления температура кипения возрастает, и наоборот. В процессе кипения Г_к остается постоянной (рис. 3.9).

Рис. 3.9.

Конденсация — процесс перехода вещества вследствие его охлаждения или сжатия из газообразного состояния в жидкое.

Удельная теплота парообразования — количество теплоты, необходимое для превращения единицы массы жидкости в пар при постоянной температуре:

Единица удельной теплоты парообразования: джоуль на килограмм (Дж/кг).

При парообразовании вещество поглощает такое же количество теплоты, которое выделялось при его конденсации. Заметим, что время выкипания данной массы жидкости равно времени ее конденсации (рис. 3.9).

Удельная теплота сгорания — количество теплоты, выделенное при полном сгорании единицы массы топлива при постоянной температуре горения:

Единица удельной теплоты сгорания: джоуль на килограмм (Дж/кг).

Кривая нагрева — зависимость температуры вещества от количества подводимого к нему тепла (энергии).

В качестве иллюстрации на рис. 3.10 приведена кривая нагрева воды.

Рис. ЗЛО

При осуществлении теплообмена между телами, образующими изолированную термодинамическую систему, механическая работа внутри системы не совершается (А = 0). В данном случае согласно закону сохранения энергии алгебраическая сумма изменений внутренней энергии тел равна нулю:

где ДП, — внутренняя энергия г-го тела, участвующего в теплообмене.

Уравнение теплового баланса: алгебраическая сумма количества теплоты, отданного телами (внутренняя энергия тел при этом уменьшается), и количества теплоты, полученного телами (внутренняя энергия тел увеличивается), для изолированной системы тел равна нулю: бб.

п п.

где X Q; получ" X Qi отд — соответственно количество теплоты,.

i=i i=i.

полученное и отданное телами в результате теплообмена.

Теплоту, полученную телом, считают положительной, теплоту, отданную телом — отрицательной.

Следствие из уравнения теплового баланса: при теплообмене количество теплоты Q_0Tfl, отданное одним телом, равно по модулю количеству теплоты <2_получ, полученному другим телом:

Расчет количества теплоты:

а) при нагревании знак «+», охлаждении знак «-».

б) плавлении знак «+», кристаллизации знак «-».

в) парообразовании знак «+», конденсации знак «-».

г) сгорании вещества.

В приведенных формулах: С, с — соответственно теплоемкость и удельная теплоемкость тел (связь: С = cm); X — удельная теплота плавления; г — удельная теплота парообразования; q — удельная теплота сгорания; т — масса тела; АТ — изменение температуры (АТ = Т_к — Г_н; Г_н, Г_к — соответственно начальная и конечная температура тела).

Насыщенный пар — газ, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью. Насыщенный пар имеет максимальные плотность и давление при заданной температуре, а концентрация его молекул не зависит от его объема при этой температуре.

Зависимость давления для насыщенного пара (кривая 1) и для идеального газа (кривая 2) от температуры при изохорном нагревании представлена на рис. 3.11. В определенном интервале температур (участок АВ) насыщенный пар с достаточ;

Рис. 3.11.

ной степенью точности подчиняется уравнению состояния идеального газа (Р = пкТ). Давление пара растет (участок ВС) как вследствие повышения температуры Т, так и из-за возрастания концентрации п молекул пара (т. е. Р ~ пТ). Когда вся жидкость испаряется (участок CD), пар перестает быть насыщенным и его давление возрастает в соответствии с законом Шарля.

Абсолютная влажность — плотность водяного пара при данных условиях, чаще всего выражаемая в г/м³. В метрологии абсолютная влажность оценивается по давлению Р водяного пара, выраженного в мм рт.ст.

Точка росы — температура, при которой находящийся в воздухе пар становится насыщенным.

Относительная влажность — отношение парциального давления Р водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре (абсолютная влажность), к давлению Р_н насыщенного пара при той же температуре:

Параметры состояния насыщенного пара приближенно описываются уравнением Клапейрона — Менделеева в условиях, близких к нормальным.

Абсолютную влажность (плотность р) и давление пара Р можно связать с применением уравнения Клапейрона — Менделеева:

Если р/(РТ) = const, то относительная влажность прямо пропорциональна плотности пара:

где р₀ — плотность насыщенного пара.