ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ПЕРЕХОДА
ВОДЫ В ПАР ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ КИПЕНИЯ
Цель работы: определение удельной теплоты парообразования воды при температуре кипения методом ввода тепла.
Краткая теория
Парообразование – это переход вещества из конденсированной жидкой фазы в газовую фазу. Под фазой понимается совокупность частей термодинамической системы, одинаковой по всем физическим и химическим свойствам, не зависящей от количества вещества. Например, система «лед – вода – пар» состоит из трех фаз. Сосуществующие фазы отделены друг от друга физическими поверхностями раздела.
Для того чтобы испарение жидкости происходило при постоянной температуре, к жидкости необходимо подводить определенное количество теплоты.
Величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо подвести к единице массы жидкости для превращения её в пар при постоянной температуре, называется удельной теплотой перехода жидкости в пар (удельной теплотой парообразования). Обычно её обозначают буквой r, а измеряют в Дж/кг.
|
|
Теплота, подводимая к жидкости при изотермическом испарении, идет на работу по преодолению сил молекулярного притяжения (внутренняя теплота перехода жидкости в пар) и на работу против внешнего давления (внешняя теплота перехода).
Работа А1, совершаемая против сил молекулярного притяжения при испарении единицы массы, будет численно равна разности удельных внутренних энергий пара и жидкости. Следовательно, А1= UП – UЖ, где UП и UЖ – соответственно, удельная внутренняя энергия пара и жидкости.
Работу, совершаемую против внешнего давления при испарении единицы массы жидкости, можно определить по формуле:
А2=Р(VП – VЖ),
где Р – внешнее давление, VП – удельный объем пара; VЖ – удельный объем жидкости.
Удельная теплота перехода жидкости в пар равна сумме внутренней r1 и внешней r2 теплоты перехода: r = r1 + r2, но так как r1 = A1, а r2 = A2, то для удельной теплоты перехода жидкости в пар получаем:
r = UП – UЖ + P(VП – VЖ ).
Работу А1 = UП – UЖ можно выразить иначе. Если при переходе из жидкости в пар одной молекулы против сил молекулярного сцепления совершается работа , то при испарении единицы массы из жидкости в пар перейдет молекул и
Тогда
где – число Авогадро, – молекулярная масса.
Удельная теплота перехода жидкости в пар зависит от природы жидкости, а для определенной жидкости является функцией температуры. С увеличением температуры удельная теплота перехода жидкости в пар убывает, с уменьшением – возрастает. В критическом состоянии различие между жидкостью и её насыщенным паром исчезает, и удельная теплота перехода обращается в нуль.
|
|