Мухачёв Г.А. Щукин В.К. - Термодинамика и теплопередача (1013614), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Но для реальных веществ акр=0,23 ...0,33, следовательно, строго говорить о выполнении закона соответственных состояний можно лишь для узких групП сходственных между собой веществ. кости при указанных условиях обозначим вп'. Если считать жид кость несжимаемой при любых давлениях, то прямая, соединяю.
щая точки 1', 1, 1" и параллельная оси ординат, будет определять все возможные состояния жидкости при 1п. Следует отметить, что для несжимаемой жидкости эта изохора совпадает с изотермой, Если (при постоянном давлении) подводить к жидкости теп. лоту, то при достижении температуры кипения 1„начнется пре- вращение жидкости в пар— и точка т.
Удельный объем жид- 11 Х 1 кости вследствие нагрева увеличивается от вп' до в'. При более высоком давлении процесс парообразования начнется при более высокой температу1э, 1 1 1 4. ре 1„, следовательно, объем ~~т 1 ьп е жидкости при достижении точ- На рв-диаграмме геометриж ческое место точек, определяющих состояние жидкости, нагретой до температуры кипения, изображается кривой и'- т-еп".
Эту кривую называют пограничной кривой жидкости. При дальнейшем подведении пп мппп ппр 1 е теплоты начинается процесс п парообразования. При условии Суппй ппр постоянства давления, как пои казывает опыт, для всех жилПереерепеый ппр костей имеет место характер- ное явление: температура смеРяс. 85 си жидкости и пара остается неизменной н равной температуре кипения 1„.
Процесс парообразования прекратится в точке и, когда вся жидкость превратится в пар. Между точками т и и система двухфазная, пар в этой области — влажный насыи1енный. Влажный насыщенный пар представляет собой смесь пара с жидкостью, причем жидкость может быть сосредоточена в нижней части цилиндра или равномерно распределена в виде мельчайших капель по всему объему. Пар, полученный при испарении всей жидкости (точка и),— сухой насыщенный. Удельный объем пара в этой точке обозначим через в".
При проведении процесса парообразования при другом давлении соответственно получим точки и', и". Кривая п'-п-и" представляет собой пограничную кривую пара. Пересечение погра- 110 яичных кривых жидкости и пара определяет положение критической точки К. На рис. 8.5 в области влажного насыщенного пара пунктирными линиями показаны линии постоянной сухости. Степень сухости пара х представляет собой массовую долю сухого насыщенного пара во влажном: х гпс. пlпзв. п (8.14) Для точек, лежащих на пограничной кривой жидкости, х=О, для точек, лежащих на пограничной кривой пара, х=1.
Если к сухому насыщенному пару продолжать подводить теплоту при постоянном давлении, то удельный объем и температура увеличиваются (ив)п", !)!и). Пар в этом состоянии называют перегретым. Начиная с точки и вправо — система однофазная. $8.8. ИЗМЕНЕНИЕ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА В 4 8Д рассматривался процесс иарообразования, т е. переход из жидкого состояния в иарообразное, осуществляемый ири постоянном давлении. Аналогичный переход из твердого состояния в газообразное называют возгонкой или сублимацией, а из твердого состояния к жидкому — плавлением.
Состояния вещества ири этих иреврашениях считают устойчивыми, стабильными. При этом всякие изменения состояния считаются квазистатическими, как это обычно принято в термодинамике. Переход из одного агрегатного состояния в другое удобно рассматривать на фазовой !Н-диаграмме (рис. 8.6). На диаграмме кривая АК представляет собой зависимость между давлением сухо- и го насыщенного пара и температу- Рт рой кипения, т. е. р=-Г(!.) (кривая ! Редгоб амуачлг парообрачования). Кривая равновесия жидкой и газообразной фаз заканчивается в критической точке К.
Если от жидкости отбирать теплоту при постоянном давлении, то ь~оч при определенной температуре жид- Гмччач югчха кость переходит в твердое состоя- Гуйлималич иие. Температура, при которой осу- лгх,се ществляется этот переход, называ- рсй Р Рле ется температурой затвердевания яли плавления 1„„, а количество теплоты, отбираемое в этом процессе, Рис. 8.8 Называется теплотой плавления.
При плавлени, так же как и при парообразовании, вещество находится в двух фазах. Аналогично кривой АК можно построить кривую плавления А0, которая однозначно определяется зависи- мостью р=)(( ). Кривая сублимации АВ представляет собой зависимость р= =Ц!с) для перехода твердого тела в газообразное. Этот переход при температуре сублимации (с происходит вследствие подведения некоторого количества теплоты, носящего название теплоты суб лимации. Точки этой кривой соответствуют двухфазной системе твердое тело — газ (например, водяной пар над поверхностью льда). Все три кривые равновесия (парообразования, плавления н сублимации) пересекаются в некоторой характерной для каждого вещества точке.
Эта точка (А) называется т р о й н о й т о ч к о й, а изображаемое ею состояние — фундалгеятальныж. В этой точке находятся в термодинамическом равновесии три фазы вещества: твердая, жидкая и газообразная. Рассмотрение описанных процессов показывает, что в состояниях, находящихся между кривыми АВ, АК и АР, тело будет находиться целиком в одной фазе: правее АВ и АК вЂ” область газообразного состояния; левее линий АР и АВ располагается область вещества в твердом состоянии; между линиями АР и АК находится область жидкости. В состояниях на линии АК, АР и АВ вещество может существовать в двух фазах, причем на линии АК в жидкой и газообразной, на АР— твердой и жидкой; а на линии АВ вещество может быть в твердом и газообразном состояниях.
Расположение и вид этих трех кривых АК вЂ” р=у(г„); АР— р=-у (1„,)' А — у=у (1;) зависят от природы вещества и устанавливаются опытным путем. й зл. ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ ЖИДКОСТИ И ПАРА Начало отсчета параметров жидкости берется в проиавольиой точке существования жидкости, например, в тройной. Температуре этой точки Та соответствует определенное давление насыщения р„р и плотность р м При этих параметрах внутренняя энергия, энтальпня, энтропия жидкости берутся условно равными нулю (и о=о, 6 а=о, а'а=о). В процессе подогрева жидкости происходит нагревание ее до температуры кипения Т„.
Уделы!ый объем жидкости при температуре кипения о' будет больше объема оо'. Соответствующие значения о' для жидкости в функции температуры и давления для состояний, лежащих или на пограничной кривой жидкости, или левее ее, даются в справочной литературе, Количество теплоты, которое нужно сообщить жидкости, чтобы нагреть ее от температуры То до температуры кипения в процессе ' р=сопз(, определяется по формуле у' =сам(Т „— Т„), (8.15) или, если То — — О С, как иногда бывает принято, например для воды. г('=ср Т„, (8.1б) 1!2 „де срм — средняя теплоемкость жидкости в интервале температур от То до Т . При низких по сравнению с Т„р температурах можно считать ср~ — — сопз1. Для определения количества теплоты в изобарном процессе подогрева жидкости воспользуемся первым законом термодинамики, во которому '7 =и' — и'+1' (8.17) где й — внутренняя энергия жидкости при температуре кипения Т„, Так как при температуре Т, внутренняя энергия жидкости равна нулю (ио'=0)„а работа расширения жидкости р(~ ~о) практически заметна только при больших значениях давления, то с'=и'.
(8.19) Энтальпия жидкости при температуре кипения определяется во общей формуле (8.20) Полагая, что Ьо'=ио'+роо'=О,'получим 'и'=и' =д'. (8.21) В процессе нагревания жидкости от температуры Т, до температуры кипения происходит увеличение ее энтропии, которое может быть найдено по формуле ти н тн лу Ьз=з во=~ т =~ с т г, го при зо =0 ср =сопз1 з =с „1п(Т„1То). (8.23) Как уже было сказано, опытами установлено, что.в процессе парообразования жидкость, нагретая до температуры кипения, при агой температуре и определенном постоянном давлении обращается в пар.
Количество теплоты, затрачиваемое в процессе при р=сопз1 на превращение 1 кг жидкости при температуре кипения в сухой насыщенный пар той же температуры, называется теплотой и а р о о б р а з о в а н и я и обозначается г. По первому закону термодинамики с=и" — и'+Г, (8.24) где и" — внутренняя энергия сухого насыщенного пара; 1" — работа Расширения в процессе парообразования. разность внутренних энергий й' — и', затрачиваемая на работу против внутренних сил, называется внутренней теплотой парооб- 1И розования и обозначается буквой «)«1.
Теплота, затрачиваемая в работу против внешних сил, /" = р(п« вЂ” э') (8.25) и называется внешней теплотой парообразования/ обозначим ес через «рз. Таким образом, =')1+ Фз. (8,26) Вследствие того что процесс парообразования идет при постоянном давлении, г = Ь" — /1' (8.27) Значения величин г и /г" даются /«, нАя~кс в таблицах насыщенного пара, а значения «р„ «рь и" легко определяются по приведенным выше формулам. С возрастанием давления, как гааа л О„видно из рис. 8.7, энтальпия жидко.
сти увеличивается и достигает мак. ЯОО ОЛ01 симального значения при критическом давлении. Теплота парообра. д зования уменьшается с ростом дав. ления и равна нулю при критическом давлении (и температуре), погаа тому что в этих условиях различия между жидкостью и ее паром исче.
ма зают и процесс парообразовяния йа аа га в' 'гр Ца '7Д гааа маа как таковой отсутствует. Рис. 87 Изменение энтропии в процессе парообразования при подведении к кипящей жидкости теплоты (кДж/кг) Ьа=з" — з'=(К' — /1')/Т„=г/Т„, хааа Огаа (8.28) откуда з" = и'+ г/Т„ (8.29) или, используя значение з' из выражения (8.23), з'=с 1п(Т /Тс)+г/Т„. (8,30) При полном испарении жидкости состояние сухого насыщенного пара определяется одним параметром: давлением или темпера турой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
