lekcii (Лекции), страница 7

Процессконденсация переход из газообразного состояния в жидкое.В процессахизатрачивается или выделяется соответствующаятеплота теплота парообразованияКривая.называется нижней пограничной кривой, отвечает состоянию жидкостипри температуре насыщения.Криваяназывается верхней пограничной кривой, отвечает состоянию сухогонасыщенного пара.Как показали опыты переход от состоянияк состояниюимеет не волнообразныйхарактер, а проходит по горизонтальной прямой.

Однако следуетзаметить, что при некоторых обстоятельствах можно осуществить протеканиеизотермы на участкеучасткепара, что будет отвечать перегретой жидкости; и насоответствующему состоянию переохлажденного или перенасыщенного. Это малоустойчивое состояние.По мере повышения температур и давления точкаисближаются и присходятся в одной точке при . Эта точка называется критической точкой вещества(точка ), определенная Менделеевым (1861г). Он назвал эту точку абсолютнойтемпературой кипения, при которой поверхностное натяжение в жидкости равнонулю, т.е.

исчезает различие между жидким и парообразным состоянием вещества.Менделеев писал: «Абсолютной температурой кипения я называю такую температуру,при которой частицы жидкости теряют свое сцепление, (поднятие в капиллярной91трубке равно нулю, скрытой тепло равно нулю), и при которой жидкость, несмотряна никакое давление и объем вся превращается в пар».ПриВ точкесжижение газа невозможно, но определим значенияизотермы имеют перегибСовместно решая эти уравнения, определяем:Значенияприближенные для реальных веществ.

Поэтому точныепараметры критической точки различных веществ определяют экспериментальнымпутем.19.3. Фазовые переходы. Правило фаз ГиббсаСуществуют два вида фазовых переходов первого и второго рода. Фазовые переходыпервого рода связаны с кипением, плавлением. Кристаллизацией, конденсацией исопровождаются скачкообразным изменением внутренней энергии и объема(поглощением или выделением скрытого тепла перехода).Фазовые переходы первого уровня характеризуются большим возрастаниемтеплоемкости в очень узкой области вокруг точки перехода.

Физическая природа92этого состоит в том, что добавление теплоты к системе в точке фазового перехода неповышает температуру системы, а расходуется на перестройку системы.Зависимость между давлением насыщенного параи температурой кипенияустанавливают опытным путем. На рисунке представлена эта зависимость дляводяного пара.

Точки этой кривой кривые равновесия фаз представляют тесостояния, в которых пар и жидкость или, иначе , жидкость и газообразные фазы,находятся в устойчивом термодинамическом равновесии.Все точки, не лежащие на кривой равновесия фаз, соответствуют отдельным фазам. Вданном случае точки над кривой жидкая фаза, точки под кривой газообразнаяфаза. Кривая равновесия жидкой и газообразной фаз заканчивается в критическойточке.93Кривая равновесия жидкой и газообразной фаз начинается в точке . Точканазывается тройной точкой (для водыВ этой точке сосуществуют и находятся в термодинамическом равновесии три фазывещества (твердаяжидкаягазообразнаяна рисунке представленафазовая диаграмма относительно тройной точки .По правилу фаз, данному Д.Гиббсом:число компонентов, т.е.

число химически различных веществ, входящих в смесь;число фаз;число степеней свободы или, иначе, число независимых термодинамическихпараметров, определяющих состояние рабочего тела.Для однокомпонентной жидкости или паров той же жидкости число компонентов. Тогда. Для однофазной системы (взятых в отдельности пар илижидкость)т.е. число независимых переменных, определяющихсостояние равно двум, при одном и том же давлении жидкость или газ можетнаходится при различных температурах (например, область перегретого параоднофазная система, определяется двумя параметрамии)Для двухфазной системыи.

Следовательно, для любойдвухфазной системы заданному давлению соответствует только одна, строгоопределенная температура (область влажного параПонятие о фазовых переходах второго рода было установлено в 1933г Эренфестом.Под этими переходами принято понимать процессы, не сопровождающиесятеплообменом с окружающей средой и изменением объема, но у которыхскачкообразно меняется :теплоемкостьКоэффициент изобарного расширенияКоэффициент изобарного сжатияЭти переходы не сопровождаются изменением агрегатного состояния и происходят впределах определенной фазы. Механизм их состоит в перегруппировке атомов имолекул вещества.94Типичным примером фазового перехода второго рода является переход прииатмосферном давлении одной жидкой фазы имеяв другую жидкую же фазув которой исчезает вязкость .

в связи с этимстановится сверхтекучим. Другимпримером фазового перехода второго рода могут служить явления, происходящие внекоторых металлах (в твердой фазе), когда они из обычного состояния переходят всостояние, в котором исчезает электрическое сопротивление и они становятсясверхпроводящими.19.4. Уравнение Клапейрона КлаузиусаФазовые переходы первого рода сопровождаются теплообменом с внешней средой иизменением объема.Уравнение Клапейрона Клаузиуса выражает зависимость между теплотойпарообразованияи параметрами состояния ().Для обоснования этого уравнения рассмотрим обратимый двигатель Карно,действующий сухим насыщенным паромстепень сухости95илиилитеплота парообразованияС другой стороны (см.рисунок)гдеиидеальные объемы кипящей жидкости и кипящего пара.Для бесконечно малой разности давления, когдаиимеем:окончательно:Это уравнение Клапейрона- Клаузиуса имеет большое значение в экспериментальнойтермодинамике, поскольку в нем дана математическая зависимость между теплотойпарообразования , изменением объема вещества при парообразованиии наклоном кривой упругости насыщенного парат.е.19.5.

Свойства водяного параВодяной пар- газ, близкий к состоянию сжижения. Уравнение состояния идеальногогаза совершенно неприемлимо к водяному пару.Для реальных газов в общем виде:коэффициент сжатия, может бытьилиУравнение состояния, описывающее приближенно свойства водяного параБогомолова- Майера имеет вид:вириальные коэффициенты96порядковый номер вириального коэффициентауделяемый объемКроме объема молекул и сил сцепления надо учитывать явлениеассоциации объединение молекул в двойные и тройные комплекты. Величиныпараметров состояния водяного пара устанавливаются исключительно опытным путеми даются в виде численных таблиц или численных диаграмм. Это объясняется тем, чтов настоящее время основным рабочим телом при выработке электрической итепловой энергии в мире является водяной пар.Процесс получения пара приВ технике пар получают в специальных конструкциях, которые называютсякотельными агрегатами или парогенераторами.

Давление меняется отдои выше.Рассмотрим процесс получения пара вдиаграмме97Давление под поршнем постоянно (Точкавода19.6. Три стадии процесса парообразованиястадия.Происходит нагревание жидкости отдообразования первого пузырька пара). Это- процессПри нагревании жидкость расширяется оттемпературы кипения (до98Точкасостояние кипящей водыТеплота на нагрев жидкости:стадия.С точкиначинается процесс парообразования процессПар, выделяющийся из кипящей жидкости имеетпаром.В точке. При этом,и называется насыщеннымсухой насыщенный парТеплота парообразования , затрачиваемая на превращение воды при температуренасыщения в сухой насыщенный пар.гдевнешняя теплота испарения;внешняя теплота испарениявнутренняя теплота испарения, расходуемая на дисгрегацию жидкости(уменьшение сил сцепления между молекулами жидкости)стадияПроцесс AB- перегрев пара.

Пар, температура которого большеперегретым паром.При перегреве удельный объем увеличиваетсяТеплота, затрачиваемая на перегревсредняя теплоемкость отдостепень перегреваназывается99Аналогично процесс можно провести при любом другом давлениинижняя пограничная криваяверхняя пограничная криваястепень сухости паравлажность параизменяется от100% капельной жидкостисухой насыщенный парвлажный насыщенный пар (5%- массы жидкости)По мере повышения давления пограничные точки сближаются. Точкакритическая точка водяного пара:19.7. Определение параметров насыщенного пара и кипящей водыНасыщенным паром называется пар, выделяющийся из кипящей жидкости, имеющейтемпературуОсновное свойство насыщенного пара в том, что его давление зависит лишь оттемпературы насыщения и для данной температуры остается постоянным.

Междукипящей жидкостью и паром существует тепловое динамическое равновесие:По физическому состоянию насыщенный пар может быть сухим и влажным.Сухой насыщенный пар не содержит в своем объеме капелек жидкости. Параметрысухого насыщенного пара определяются одним параметром: либолибо.Параметры определяются по таблице сухого насыщенного пара:Влажный насыщенный пар пар, содержащий в своем объеме мелкие капелькижидкости100Влажный насыщенный пар определяется двумя параметрами:ии степеньюсухостиПри19.8.

Определение параметров перегретого параПерегретый пар пар, температура которогоопределяются двумя независимыми температурами:Параметры перегретого параиПо своим свойствам перегретый пар приближается к газам, но реальным газам.Параметры перегретого пара определяются таблицами и диаграммами.19.9. Энтальпия воды и водяного параПри технических инженерных расчетах с водяным паром тепловые характеристикивыражают через энтальпии.Энтальпия выражает собой термическую энергию равной сумме внутренней энергиии потенциальной энергии давленияВ соответствии с первым законом термодинамики:Для получения пара приследовательноПри получении пара энтальпия возрастает на величину сообщенной теплоты вкаждой стадии процесса. Рассмотрим процесс получения пара по стадиям.101.

Нагрев жидкости отдоэнтальпия воды придляПри невысоких температурахВ общем случае:зависит от давления(условно);ПриПрии т.д.учитывается, когдаПроцесс парообразованияэнтальпия сухого насыщенного паратеплота парообразования ; следовательноПри(точка) теплосодержание влажного насыщенного параравно:102При этомв зависимости отилидаются в таблицах насыщенного пара. Процесс перегреваПерегретый пар получается в пароперегревателях.19.10. Энтропия воды и водяного параТехнические расчеты с водяными парами ведут графическими методами с помощьюэнтропийных диаграмм:диаграммы идиаграммы.Обозначение энтропии воды и водяного пара:ПриПриПриПри(перегретый пар)ПриВ процессе получения пара энтропия S непрерывно увеличивается. Рассмотримэнтропию в трех стадиях парообразованияПроцесс103(условно)ПроцессПроцесс(перегрев)иимеются в таблицах насыщенного пара, а энтропияперегретого пара.в таблицах10419.11.диаграмма водяного параПринцип ее построения такой же как у газов.