Gorive tekućine
Izgaranje tekućina karakterizira dva međusobno povezana fenomena - isparavanje i izgaranje smjese pare-zrak iznad površine tekućine. Prema tome, izgaranje tekućina je popraćena ne samo kemijskom reakcijom (oksidacija, pretvaranje u vatrene gori), već i fizičkim fenomenima (uparavanjem i stvaranjem iznad površine smjese parice), bez kojih je izgaranje nemoguće.
Prijelaz tvari iz tekućeg stanja u obliku pare se naziva isparavanje.Postoje dva oblika ovog procesa: isparavanje i ključanje. Isparavanje - Ovo je tekući prijelaz na parove s slobodne površine na temperaturama ispod točke vrenja tekućine (vidi sliku 4.1). Isparavanje se događa kao rezultat toplinskog pokreta molekula tekućine. Brzina kretanja molekula uvelike se razlikuje, snažno odstupaju u oba smjera od prosječne vrijednosti. Dio molekula koji imaju dovoljno veliku kinetičku energiju izvučena je iz površinskog sloja tekućine u medij za plin (zrak). Prekomjerna energija tekućih izgubljenih molekula troši se na prevladavanje interakcijskih sila između molekula i djelovanja ekspanzije (povećanje volumena) tijekom prijelaza fluida na paru. Ključanje - Ovo isparavanje nije samo s površine, već i iz volumena tekućine formiranjem mjehurića pare tijekom cijelog volumena i raspodjele njih. Isparavanje se uočava na bilo kojoj temperaturi tekućine. Klinjanje se pojavljuje samo na temperaturi na kojoj će tlak zasićeni par doseći vrijednost vanjskog (atmosferskog) tlaka.
Na štetu smeđeg pokreta u plinskoj zoni postoji obrnuti proces - kondenzacija, Ako je volumen iznad tekućine zatvoren, zatim na bilo kojoj temperaturi tekućine, uspostavlja se dinamička ravnoteža između procesa isparavanja i kondenzacije.
Parovi koji se nalaze u ravnoteži s tekućinom, nazivaju se zasićenim trajektom. State ravnoteže odgovara koncentraciji para definiranih za ovu temperaturu. Par tlaka u ravnoteži s tekućinom se zove pritisak zasićene pare.
Sl. 4.1. Shema isparavanja tekućine u: a) otvorenu posudu, b) zatvorenu posudu
Pritisak zasićenog para (R n.P.) ovog tekućine na konstantnoj temperaturi je veličina konstantnog i nepromijenjenog za njega. Veličina zasićenog tlaka pare određena je temperaturom tekućine: s povećanjem temperature, povećava se tlak zasićenog para. To je zbog rasta kinetičke energije molekula tekućine s povećanjem temperature. U isto vrijeme, ispostavlja se da se povećanje frakcija molekula ima energiju dovoljna za odlazak u par.
Prema tome, preko površine (zrcala) tekućine, uvijek postoji smjesa pare-zrak, koja je u ravnotežnom stanju karakterizirana tlakom zasićene pare ili njihove koncentracije. S povećanjem temperature, tlak zasićenih pare se povećava prema jednadžbi Clayperon-Claziusa:
, (4.1)
ili u integriranom obliku:
, (4.2)
gdje r n.p. - pritisak zasićenog para, PA;
DN je toplina isparavanja, zatim količinu topline koja je potrebna za prijenos na stanje pare jedinice mase tekućine, KJ / mol;
T - Temperatura tekućine, K.
Koncentracija zasićenog para donje površine tekućine povezana je s njegovim tlakom pomoću omjera:
. (4.3)
Iz (4.1 i 4.2) slijedi da se s povećanjem temperature tekućine, tlak zasićene pare (ili njihove koncentracije) eksponencijalno povećava. U vezi s tim, na nekoj temperaturi iznad površine tekućine, koncentracija pare je stvorena jednaka nižoj granici koncentracije širenja plamena. Ova se temperatura naziva niža temperaturna granica širenja plamena (NTRP).
Stoga, za bilo koju tekućinu uvijek postoji takav temperaturni raspon, u kojem će koncentracija zasićene pare preko ogledala biti u području paljenja, to jest, HKPRP £ JRpr. BCPRP.
Jeste li ikada nekoliko sati napustili bocu vode ispod sunčanog sunca i čuli "hissing" zvuk, otvarajući ga? Ovaj zvuk je uzrokovan tlakom pare. U kemiji tlak pare je tlak koji je izveden tekućinom, koji isparava u hermetički zatvorenoj posudi. Da biste pronašli pritisak pare na toj temperaturi, koristite Klapairon klauzule jednadžbe :.
Zabilježite Klapairon Clausius jednadžbu, koja se koristi za izračunavanje tlaka parova kada se mijenja tijekom vremena. Ova formula se može koristiti u većini fizičkih i kemijskih problema. Jednadžba je sljedeća: ln (p1 / p2) \u003d (ΔH VAP / R) ((l / t2) - (1 / t1))Gdje:
Podmorni na vrijednosti vrijednosti vrijednosti u jednadžbi vrednovanja. Većina zadataka daje se dvije temperaturne vrijednosti i vrijednost tlaka ili dvije vrijednosti tlaka i temperaturna vrijednost.
Zamjenski konstantan. Klapairon Clausius jednadžba sadrži dva konstanta: R i ΔH VAP. R je uvijek jednak 8,314 J / (k × mol). Vrijednost Δh VAP (entaporacije) ovisi o tvari, tlaku pare od kojih pokušavate pronaći; Ova konstanta, u pravilu, može se naći u tablici u udžbenicima u kemiji ili na mjestima (na primjer,).
Odlučite jednadžbu uz pomoć algebarskih operacija.
Zapišite Zakon o Raulu. U stvarnom životu, čiste tekućine se rijetko nalaze; Često se bavimo rješenjima. Otopina se dobiva dodavanjem male količine određene kemikalije, pod nazivom "otopljena tvar", na veći broj drugih kemijskih tvari pod nazivom "otapalo". U slučaju rješenja, koristite Rauoulov zakon:, gdje:
Odredite koju će tvar biti otapalo i bilo koju otopljenu tvar. Sjetite se da je otopljena tvar tvar otopljena u otapalu, a otapalo je tvar otapanja otopljene tvari.
Pronađite temperaturu otopine, jer će utjecati na tlak njegovog para. Što je viša temperatura, to je veći tlak para, budući da se formiranje pare povećava s povećanjem temperature.
Pronaći pritisak pare otapala. U referentnim knjigama u kemiji daje se tlak pare mnogih zajedničkih kemikalija, ali u pravilu, takve se vrijednosti daju na temperaturama tvari na 25 ° C / 298 do ili na njihovim temperaturama vrenja. Ako imate takvih temperatura u zadatku, koristite vrijednosti iz referentnih knjiga; U suprotnom, morate izračunati tlak para na ovoj temperaturi tvari.
Pronaći molarni udio otapala. Da biste to učinili, pronađite omjer broja tvari mola do ukupnog broja mola svih tvari dostupnih u otopini. Drugim riječima, molarni udio svake tvari je jednak (broj mola tvari) / (ukupan broj mola svih tvari).
Sada zamijenite podatke i pronađene vrijednosti u Raul jednadžbi, koja je na početku ovog dijela ( P otopina \u003d p otapalo X otapalo).
Definicija standardnih uvjeta. Često se vrijednosti temperature i tlaka koriste u kemiji kao neku vrstu zadanih vrijednosti. Takve se vrijednosti nazivaju standardne temperature i tlak (ili standardni uvjeti). U zadacima za pritisak pare, često se spominju standardni uvjeti, pa je bolje zapamtiti standardne vrijednosti:
Ponovno napišite Klapairon Clausius jednadžbu kako bi pronašli druge varijable. Prvi dio ovog članka pokazao je kako izračunati pritisak pare čistih tvari. Međutim, nisu svi zadaci dužni pronaći P1 ili P2 tlak; Mnogi zadaci moraju izračunati temperaturu ili vrijednost Δh VAP. U takvim slučajevima, prepišite Klapairone-Clausius jednadžbu, što čini nepoznatu vrijednost na jednoj strani jednadžbe.
Uzimajući u obzir pritisak par otopljene tvari. U našem primjeru, od drugog dijela ovog članka, otopljena tvar - šećer - ne isparava, ali ako otopljena tvar proizvodi parove (upareno), treba razmotriti tlak takvog para. Da biste to učinili, upotrijebite modificirane vrste Raula jednadžbe: P otopina \u003d Σ (P tvar X tvar), gdje simbol σ (Sigma) znači da je potrebno dodati vrijednosti tlaka pare svih tvari iz koje se otopina sastoji.
Isparavanje
Isparavanje preko šalice čaja
Isparavanje - proces prijelaza tvari iz tekućeg stanja u plinovitu, nastaju na površini tvari (parovi). Proces isparavanja je inverzni proces kondenzacije (prijelaz iz stanja pare u tekući). Isparavanje (isparavanje), tranzicija tvari iz kondenzirane (krute ili tekuće) faze u plinovito (parove); Fazni prijelaz prve vrste.
Postoji više opisani koncept isparavanja u višoj fizici.
Isparavanje - To je proces na kojem čestice (molekule, atomi) lete s površine tekuće ili čvrstog tijela, a e k\u003e e p.
Uparavanje krute tvari naziva se sublimacija (sublimacija), a isparavanje u volumenu tekućine je ključanje. Obično, pod isparavanjem, isparavanje na slobodnoj površini tekućine kao rezultat toplinskog gibanja njegovih molekula na temperaturi ispod točke vrenja koja odgovara tlaku plinskog medija nalazi iznad navedene površine. U isto vrijeme, molekule s dovoljno veliku kinetičku energiju izvlače se iz površinskog sloja tekućine u plinski medij; Neki od njih se odražavaju natrag i zarobljeni tekućinom, a ostatak je nepovratno izgubljen.
Uparavanje - endotermni proces, u kojem se apsorbira toplina faznog prijelaza - toplina isparavanja, provedena na prevladavanje molekularnih spojki sila u tekućoj fazi i da radi ekspanziju kada se tekućina pretvori u paru. Specifična toplina isparavanja odnosi se na 1 moleći tekućinu (molarna toplina isparavanja, J / mol) ili na jedinicu njegove mase (masovna vrućina isparavanja, J / kg). Određena je brzina isparavanja gustoća površine Par JP, prodireći jedinicu vremena u plinsku fazu iz jedinice tekuće površine [u MOL / (SM 2) ili kg / (SM2)]. Najveća vrijednost JP-a postiže se u vakuumu. U prisutnosti relativno gustog medija plina, isparavanje usporava zbog činjenice da je brzina uklanjanja paru molekula s površine tekućine u plinski medij postaje mala u usporedbi s vozilom brzine. U isto vrijeme, površina faze se formira slojem smjese pare-plin, gotovo zasićenom parom. Djelomični tlak i koncentracija pare u ovom sloju je viša nego u većini od smjese pare-plin.
Proces isparavanja ovisi o intenzitetu toplinskog kretanja molekula: brže se molekula kreće, brže se isparava. Osim toga, važni čimbenici koji utječu na proces isparavanja su stopa van (s obzirom na tvar) difuziju, kao i svojstva same tvari. Jednostavno rečeno, s vjetrom, isparavanje je mnogo brže. Što se tiče svojstava tvari, na primjer, alkohol isparava mnogo brže od vode. Važan čimbenik je i površina tekućine s kojom dolazi do isparavanja: od uskog pada će se pojaviti sporije nego iz široke ploče.
Razmislite o ovom procesu na molekularnoj razini: molekule s dovoljnom energijom (brzinom) za prevladavanje privlačnosti susjednih molekula, prekinuti granice tvari (tekućine). U isto vrijeme, tekućina gubi dio energije (ohlađena). Na primjer, vrlo vruća tekućina: udaramo na njegovu površinu da se ohladimo, dok ubrzamo proces isparavanja.
Povreda termodinamičke ravnoteže između tekućine i pare sadržane u smjesi pare-plina objašnjava se temperaturnim skokom na granicu faze particije. Međutim, obično se ovaj skok može zanemariti i poduzeti da djelomični tlak i koncentracija pare na površini faze odgovara njihovim vrijednostima za zasićeni par koji ima površinsku temperaturu tekućine. Ako su tekućina i parena smjesa i dalje i učinak slobodnog konvekcije u njih je beznačajna, uklanjanje para formiranog tijekom uparavanja s površine tekućine u plinski medij uglavnom je posljedica molekularne difuzije i pojave odvojena površina odvajanja faze (tzv) površine Stephanovsky) protoka smjese pare-plin usmjerene s površine tekućine u plinski medij (vidi difuziju). Raspodjela temperatura na različitim načinima isparavanja tekućine. Toplinski tokovi su usmjereni: a - iz tekuće faze na površinu isparavanja u plinskoj fazi; b - iz tekuće faze samo na površinu isparavanja; u - na površinu isparavanja iz obje faze; G - na površinu isparavanja samo plinske faze.
Učinci baro- i termalne difuzije u inženjerskim izračunima obično se ne uzimaju u obzir, ali učinak toplinske difuzije može biti neophodan kod visokog heterogenosti smjese pare-plin (s velikom razlikom u molarnim masama njegovih komponenata) i Značajni temperaturni gradijenti. Prilikom premještanja jedne ili obje faze u odnosu na površinu svog dijela, uloga konvektivnog prijenosa tvari i energiju smjese pare-plina i povećava tekućine.
U nedostatku opskrbe energijom u sustav tekućeg plina od vanjskog. Izvori topline isparavanje se mogu dovoditi na površinski sloj tekućine iz jedne ili obje faze. Za razliku od nastalog protoka tvari, uvijek usmjeren tijekom isparavanja od tekućine u plinski medij, toplinski tokovi mogu imati različita područja Ovisno o omjeru temperature glavne mase tekućeg Tg, granice faze dijela TGR-a i plinskog okruženja TG. Kada kontaktirate određeni broj tekućina s polu-beskonačnim volumenom ili ga operite protokom plinskog medija i na temperaturi tekućine, višoj od temperature plina (TG\u003e TGR\u003e TG), toplinu topline iz strana tekućine na površinu faze particije dolazi: (qu) P: P: P: agregat, prekida - količina topline koja se prenosi iz tekućine plinskog okruženja. U isto vrijeme, tekućina se ohladi (tako- nazvan isparavanje isparavanjem). Ako se postigne jednakost TGR \u003d TG, prelazak topline iz tekućine do plina zaustavljen je (Qui \u003d 0) i sve toplina koja je opskrba tekućinom na površini odjeljka troši se na isparavanje ( Količina \u003d P.).
U slučaju plinskog medija, ne zasićenih parom, djelomični tlak potonjeg na površini dijela faze i kada je upiti \u003d q i ostaje viši nego u većini plina, kao rezultat od kojih isparavanje i Evaporativno hlađenje tekućine se ne zaustavlja i TGR postaje niži od TG i TG. U isto vrijeme, toplina se opskrbljuje površini dijela iz obje faze dok se ne postigne jednakost TGR \u003d TG, a toplina topline s fluidne strane je zaustavljena, a iz plinskog okruženja postaje jednak q , Daljnje uparavanje tekućine nastaje pri konstantnoj temperaturi TM \u003d TG \u003d TGR, koji se naziva teretni granica hlađenja tijekom rashladnog ili temperature mokrog termometra (budući da pokazuje vlažan termometar psihometra). TM vrijednost ovisi o parametrima medija za pare i uvjetima topline i prijenosa mase između tekućih i plinskih faza.
Ako je tekući i plinski medij različite temperaturenalaze se u ograničenom volumenu koji ne prima energiju izvana i ne šalje ga van, isparavanje se događa dok ne postoji termodinamička ravnoteža između dviju faza, na kojoj su temperature obje faze izjednačene sa sustavom nepromijenjenom enthalpiju i Plinska faza je zasićena parom na temperaturi sustava. Thad. Potonji se naziva temperatura adijabatskog zasićenja plina, određuje se samo početnim parametrima obje faze i ne ovisi o uvjetima prijenosa topline i mase.
Brzina izotermnog isparavanja [kg / (m2 (c)] s nedirekcionalnom difuzijom pare u fiksni sloj binarnog pare-plinske smjese s debljinom D, [m] može se naći u skladu s Stephen formulom:, gdje D je koeficijent međusobnog difuzije, [m2 / iz]; - konstantna plinska, [J / (kg do) ili [m2 / (C2 K)]; T - temperatura smjese, [K]; p tlak smjese pare-plin, [PA]; - djelomični tlak pare na površini dijela i na vanjskoj granici sloja smjese, [PA].
Općenito, (kretanje tekućine i plina, ne-erotskih uvjeta) u fazi u susjedstvu na površini faze, prijenos impulsa je popraćen prijenosom topline, au graničnom sloju plina (smjesa pare-plina), Pojavljuju se međusobno povezano prijenos topline i mase. U isto vrijeme, eksperimentalni koeficijenti topline i masovnog otpada koriste se za izračunavanje brzine, te u relativno jednostavnijim slučajevima - približnim metodama numerička rješenja Sustavi diferencijalne jednadžbe Za konjugatne granične slojeve plina i tekućih faza.
Intenzitet masovnog prijenosa tijekom uparavanja ovisi o razlici u kemijskim potencijalima pare na površini dijela i u većini smjese pare-plin. Međutim, ako se baro- i termička difuzija može zanemariti, razlika u kemijskim potencijalima zamjenjuje se razlikom u djelomičnim tlakovima ili koncentracijama pare i prihvaća: JP \u003d BP (RP, GR - RP, OSN) \u003d BPR (UE, GR) - Up, OSN) ili JP \u003d BC (SP, GR - SP, OSN), gdje je BP, BC koeficijent prijenosa mase, P je tlak smjese, RP je djelomični tlak pare, YP \u003d PP / P - molarna koncentracija pare, sp \u003d rp / R je masivna koncentracija pare, RP, R - lokalne pare gustoće i smjese; Indeksi znače: "gr" - na granici faze odjeljka, "OSN" - u OSN-u. Masovna mješavina. Gustoća toplinskog toka dana tijekom isparavanja tekućine je [u J / (m2 c)]: Q \u003d Age (TG - TGR) \u003d RJP + GG (TGR - TG), gdje AG, AG - Koeficijent prijenosa topline tekućina i plin, [w / (m2 K)]; R - isparavanje topline, [j / kg].
S vrlo malim radijuzima, zakrivljenjem površine za isparavanje (na primjer, kada se isparava male kapljice tekućine), učinak površinske napetosti tekućine koja dovodi do činjenice da je ravnotežni tlak pare iznad površine dijela iznad Uzet je u obzir tlak zasićene pare iste tekućine iznad ravne površine. Ako se tg tz, onda samo toplinska razmjena i masovna razmjena u plinskoj fazi može se uzeti u obzir pri izračunavanju isparavanja. S relativno niskim intenzitetom masovnog prijenosa približno, analogija između procesa prijenosa topline i mase, od kojih slijedi: nu / nu0 \u003d sh * / sh0, gdje je Nu \u003d G L / LG broj nusselta, L je Karakteristična veličina površine za isparavanje, LG - koeficijent toplinske vodljivosti para miješanje, sh * \u003d byyg, grl / dp \u003d bccg, grl / d je broj sherwooda za difuzijsku komponentu protoka pare, DP \u003d D / RPT difuzija -Fferient, koji se odnosi na gradijent djelomičnog tlaka pare. Vrijednosti BP i BC izračunavaju se prema gore navedenim odnosima, Nu0 i SH0 brojevi odgovaraju JP: 0 i mogu se odrediti prema podacima za odvojeno nastale procese prijenosa topline i mase. Broj SH0 za ukupno (difuzijsko i konvektivni) protok para nalazi se podjednoj podjele pokretačka snaga Masovni preneseni koeficijent b.
Jednadžbe sličnosti za Nu i SH * u isparavanju uključuju osim konvencionalnih kriterija (Reynolds Reynolds brojevi, Archimede Ar, PrandTL PR ili SC SC i Geom. Parametri) Parametri koji uzimaju u obzir učinak poprečnog toka pare i stupanj heterogenost smjese pare-plin (omjer molarne mase ili plinske konstantne komponente) na profilima, brzini, temperaturi ili koncentraciji u dijelu graničnog sloja.
Na malom JP, koji ne ometaju bitno hidrodinamički način kretanja smjese pare-plin (na primjer, tijekom isparavanja vode u atmosferski zrak) i sličnost graničnih uvjeta temperaturnih polja i koncentracija, utjecaj dodatnih argumenata U jednadžbama sličnosti je beznačajno i mogu se zanemariti, uzimajući to nu \u003d sh. Prilikom uparavanja višekomponentnih smjesa, ovi pravilnosti su znatno komplicirani. U tom slučaju, toplina isparavanja komponenata smjese i pripravcima tekućih i pare-plinskih faza, koji su među sobom u ravnoteži, razlikuju se i ovise o temperaturi. Kada se ispari s binarnom tekućom smjesom, rezultirajuća smjesa para u relativno bogatijoj hlapljivijoj komponenti, isključujući samo azeotropne smjese, ispari na ekstremnim točkama (maksimalno ili minimalno) državnih krivulja kao čiste tekućine.
Ukupan iznos tekućine za isparavanje povećava se povećanjem površine kontakta tekućih i plinskih faza, tako da je dizajn uređaja u kojima se događa isparavanje, povećanje površine isparavanja stvaranjem velikog ogledala tekućine , drobljenje na mlaz i kapljice ili formiranje tankih filmova koji teče uz površinu mlaznica. Povećanje intenziteta prijenosa topline i mase tijekom isparavanja također se postiže povećanjem stope plinskog medija u odnosu na površinu tekućine. Međutim, povećanje ove brzine ne bi trebalo dovesti do prekomjerne tekućine ispod medija plina i značajno povećanje hidrauličke otpornosti uređaja.
Uparavanje se naširoko koristi u industrijskoj praksi za čišćenje tvari, materijala za sušenje, odvajanje tekućih smjesa, klima uređaja. Isparavanje hlađenja Voda se koristi u trenutnim vodoopskrbnim sustavima poduzeća.
Wikimedia Foundation. 2010.
Sinonimi:Prijelaz na VA iz tekućeg ili krutog agregatnog stanja u plinovitim (parovima). Obično pod I. Razumjeti prijelaz tekućine u paru, nastaju na slobodnoj površini tekućine. I. Zvučna tijela. sublimacija ili sublimacija. Ovisnost o tlaku ... ... Fizička enciklopedija
Razno što se događa na slobodnoj tekućoj površini. Uparavanje s površine krute tvari naziva se sublimacija ... Velik enciklopedijski rječnik
Postoji izravan odnos između temperature zasićenost tekućine I drugi pritisak, Kao što je ranije navedeno, povećanje tlaka tekućine povećava temperaturu zasićenja. Nasuprot tome, smanjenje tlaka tekućine smanjuje temperaturu zasićenja.
Razmotrite zatvorenu posudu s vodom na temperaturi od 22,2 ° C. Na plovilu su instalirani ventil za gas, mjerač tlaka i dva termometrina za kontrolu procesa. Ventil regulira tlak u posudi. Mjerač tlaka pokazuje tlak u posudi, a termometri mjere temperaturu pare i tekuće vode. Atmosferski tlak oko posude je 101,3 kPa.
U plovilu se formira vakuumi zatvoreni ventil. S unutarnjim tlakom u 68,9 kPa temperatura zasićenja vode 89,6 ° C. To znači da se vrenje neće dogoditi dok tlak parova ne dosegne 68,9 kPa. Kao maksimalni para Na temperaturi tekućine od 22,2 ° C 2,7 kPa, vrenje neće biti ako tekućina ne obavijesti veliku količinu energije.
Umjesto kuhanja pod tim uvjetima, isparavanje će početi, jer je tlak tekućeg para niži od tlaka zasićeni parkoji ovisi o temperaturi vode. Tako će se nastaviti dok se količina iznad tekućine zasićena vodena trajekta. Nakon postizanja stanja ravnoteže, temperatura tekućine i okoliša bit će ista, prijenos topline će se zaustaviti, broj paru molekula odvojenih od vode i povratak na njega bit će isti, a tlak par će biti jednak tlaku zasićenja tekućine, koji ovisi o njegovoj temperaturi. Nakon postizanja statusa ravnoteže, pritisak pare će doseći maksimalnu vrijednost od 2,7 kPa, a volumen tekućine će ostati konstantan.
Ako se postigne početna ravnoteža ravnoteže, otvorite ventil, tlak u posudi će se brzo povećati na 101,3 kPa. Prema tome, točka kipuće vode će rasti 100 ° C., Budući da temperatura vode ostaje 22,2 ° C, tlak vode ostaje 2,7 kPa. Tlak u vodi će se smanjiti, budući da par izlazi iz posude kroz ventil, a proces isparavanja ponovno počinje.
Uz povećanje prijenosa topline plovila kao posljedica izgaranja goriva, temperatura vode počinje se povećavati na 100 ° C. Povećanje temperature vode uzrokuje veću količinu pare molekula kao rezultat povećanja kinetičke energije, što povećava tlak pare na 101,3 kPa. Povećati pritisak stavka - To je posljedica temperature tekuće vode. S povećanjem temperature tekućine, tlak zasićenog para se također diže. Čim par tlak dosegne atmosferski pritisak, počinje ključanje, Na temelju potencijalna energija Proces promjene stanja kao rezultat vrenja se javlja na konstantnoj temperaturi. Voda će snažno promijeniti stanje da pliva dok plovilo ne dobije dovoljno topline.
Prilikom odvajanja pare molekula s površine tekućine i kretanja u posudi, neke molekule gube kinetička energija Kao rezultat sudara i pada u tekućinu. Neke molekule dolaze iz posude otvoreni ventil I raspršiti u atmosferi. Dok ventil oslobađa paru, tlak par i tlak u posudi ostat će 101,3 kPa. Istovremeno, parna će ostati zasićena, a njegova temperatura i tlak će biti isti kao u tekućini: 100 ° na 101,3 kPa. Gustoća pare na takvoj temperaturi i tlaku od 0,596 kg / m3, a njegov specifični volumen gustoće povratka je 1,669 mg / kg.
Isparavanje
Isparavanje - Ovo je suptilni termodinamički proces uzrokovan usporenim prijenosom topline tekućine iz okoliša. Postupak isparavanje Proizvodi brze promjene u volumenu ili masi tekućine. Isparavanje Dolazi kao rezultat apsorpcije tekućih molekula termalna energija Iz okoliša zbog male temperaturne razlike. To povećanje energije u skladu s tim povećava kinetičku energiju tekućine. Kada se kinetička energija prenosi kao rezultat sudara, neke molekule u blizini površine doseže brzine koje su mnogo veće od prosječne brzine susjednih molekula. Pod aproksimacijom nekih molekula s visokom energijom, krši komunikaciju na površinu tekućine, prevladaju čvrstoću privlačnosti i idu u atmosferu kao parne molekule.
Isparavanje Isparavanje se događa ako je tlak pare iznad tekućine niži od tlaka zasićenja, koji odgovara temperaturi tekućine. Drugim riječima, isparavanje se događa kada se linije tlaka i temperature para tekućine sijeku na liniji temperature zasićenja na točki ispod atmosferskog tlaka. Ovi uvjeti su uključeni temperatura zasićenja Ispod vodoravnog tlačnog para, koji odgovara temperaturi tekućine.
Volumen isparavanja tekućine Kontinuirano se smanjuje pri odvajanju molekula s površine i uvođenje u okolnu atmosferu. Nakon razdvajanja, neki parni molekule suočavaju se s drugima u atmosferi, prijenos dijela kinetičke energije. Kada smanjenje energije smanjuje brzinu pare molekule ispod razine odvajanja od tekućine, oni se vraćaju i tako vraćaju dio izgubljenog volumena. Kada je broj molekula odvojenih od tekućine jednak broju pada, nastaje stanje ravnoteže, Čim se to stanje dogodi, volumen tekućine ostaje nepromijenjena dok promjene u tlaku pare ili temperature neće proizvesti odgovarajuće promjene u intenzitetu isparavanja.
Para
Tlak pare u atmosferskom zraku može biti jasno ilustriran sljedećim iskustvom. Ako više kapljica vode koje se pojavljuje s pipetom bankurnog barometra na dnu, nakon nekog vremena, razina žive u barometru smanjit će se zbog obrazovanja u Void Torrycelli Vodena para, Potonji stvara svoje djelomični tlak PH, djelujući ravnomjerno u svim smjerovima, uključujući smanjenje površine žive.
Prilikom izvođenja sličnog iskustva pod uvjetima s većom temperaturom pare Pare u barometarskoj cijevi, vrijednost p povećava (trebala bi postojati malo vode na površini Merkura). Takvi eksperimenti su pokazali da povećavaju tlak zasićenih par s povećanjem temperature. Na temperaturi para u cijevi 100 ° C, razina žive u njoj pada na njegovu razinu u barometarskoj šalici, od para biti jednak atmosferski pritisak, Ova metoda proučava funkcionalnu ovisnost između navedenih parametara pare.
Par tlaka, kao i sav plin, može se izraziti u Pascalu. Prilikom provođenja mjerenja i izračuna u tehnologija šivanja šuma Zakažite pritisak pare s nulte tlačne vrijednosti. Ponekad je potrebno pretjerano protiv barometrijskog tlaka za početak reference. Prvi je veći od 0,1 MPa. Na primjer, 0,6 MPa će odgovarati 0,5 MPa, uračunava se na mjerač tlaka na parni kotlu ili parnim vodovima.
Temperatura zasićenja
Temperatura u kojoj se tekućina kreće iz tekuće faze u plinoviti ili obrnuto, zove se temperatura zalijepi, Za temperatura zasićenja Poziv zasićena tekućina, i pare na temperaturi zasićenja se zove zasićeni trajekt, Za sve uvjete okoliša ili pritisak temperatura zasićenja - To je maksimalna temperatura na kojoj tvar ostaje u tekućoj fazi. Također je minimalna temperatura na kojoj tvar postoji poput pare. Temperatura zasićenja različitih tekućina je različita i ovisi o tome tlak tekućine, Sa standardnim atmosferskim tlakom, željezo isparava približno na 2454 ° C, bakar na 2343 ° C, olovo - na 1649 ° C, voda - na 100 ° C i alkohola - na 76,7 ° C. Ostale tekućine isparavaju isključivo niske temperature, Amonijak isparava na -33 ° C, kisik - na -182 ° C, i helij na -269 ° C sa standardnim atmosferskim tlakom.
Isparavanje intenziteta
Atmosferski pokret pretjerano isparavanjem tekućine izravno povezano s intenzitet isparavanja, Ako se brzina atmosfere iznad površine tekućine poveća, isparavanje intenziteta Također rastu, jer se molekule para ne akumuliraju preko površine tekućine. Prema tome, tlak pare iznad tekućine ostaje niži, što smanjuje količinu kinetičke energije koja zahtijeva molekulu za odvajanje od površine i time se povećava isparavanje intenziteta, Ako postavite ventilator s vodenom posudom, intenzitet isparavanja će se povećati, a tekućina će ispariti u kraćem vremenu.
Još jedan čimbenik koji utječe na intenzitet isparavanja tekućina površinske površinekoji je otvoren za atmosferu. Uz povećanje površine, intenzitet isparavanja se povećava, jer se masa pare molekula distribuira veliki kvadratkoji se smanjuje pritisak na tekućini. Smanjenje tlaka para smanjuje broj kinetička energijapotrebne molekule za odvajanje od površine tekućine, što povećava intenzitet isparavanja. Stoga, ako je volumen vode iz posude, premjestiti u bocu, površina tekućine će se značajno smanjiti i trebat će više vremena za isparavanje vode.
Korištenje fenomena hlađenja tekućinom tijekom isparavanja; Ovisnost o točki vrelišta od tlaka.
Kada pari, tvar se pomiče iz tekućeg stanja u plinovito (parove). Postoje dvije vrste isparavanja: isparavanje i ključanje.
Isparavanje - Ovo je isparavanje koja se javlja od slobodne površine tekućine.
Kako je isparavanje? Znamo da su molekule bilo koje tekućine kontinuirano i neuredno kretanje, a jedan od njih se brže kreće, drugi su sporiji. Letjeti na njih ometati snagu privlačnosti jedni drugima. Ako je, međutim, tekuća površina će biti molekula s dovoljno veliku kinetičku energiju, moći će prevladati sile intermolekularne privlačnosti i otići iz tekućine. Isto se događa s drugom brzom molekuli, s drugom, trećem, itd., Vanjskim vanjskim, te molekule tvore tekućinu. Formiranje ovog para je isparavanje.
Budući da najbrže molekule, prosječna kinetička energija molekula ostala u tekućini u tekućini postaje sve manje i manje u isparavanju tekućine. Kao rezultat temperatura tekućine za isparavanje se smanjuje: Tekućina se ohladi. Zato, osobito, čovjek u mokroj odjeći osjeća hladnije nego suho (osobito na vjetru).
U isto vrijeme, svi znaju da ako sipate vodu u čašu i ostavite na stolu, a zatim, unatoč isparavanju, neće se kontinuirano hladiti, postaje sve više i hladniji dok se ne zamrzne. Što to sprečava? Odgovor je vrlo jednostavan: izmjena topline vode sa staklom okolnim toplim zrakom.
Tekućina za hlađenje tijekom isparavanja vidljiv je u slučaju kada se isparavanje dogodi prilično brzo (tako da tekućina nema vremena za vraćanje temperature zbog prijenosa topline s okolinom). Fluidne tekućine se upare, u kojima su sile intermolekularne atrakcije male, kao što je eter, alkohol, benzin. Ako ispustite takvu tekućinu na ruku, osjećat ćemo se hladno. Parenje s površine ruke, takva će se tekućina ohladiti i uzeti malo topline iz njega.
Brze se aplikacije naširoko koriste u tehnologiji. Na primjer, u prostornim tehnikama s takvim tvarima pokrivaju uređaj za spuštanje. Kada prolazi kroz atmosferu planeta tijela-aparata, kao rezultat trenja se zagrijava, a njezina tvar počinje ispariti. Nakon uparenog, hladi letjelicu, spremajući ga do pregrijavanja.
Voda za hlađenje tijekom isparavanja također se koristi u uređajima koji služe za mjerenje vlažnosti zraka - psihrometri (od grčkog "psihosa" - hladno). Psychrometer se sastoji od dva termometra. Jedan od njih (suhi) prikazuje temperaturu zraka, a drugi (čiji je spremnik vezan tijesto, spušten u vodu) - više niska temperaturauzrokovane intenzitetom isparavanja iz vlažne batiste. Zemlja zraka, čija vlažnost se mjeri, jača isparavanje i stoga, to su niže indikacije navlaženog termometra. I obrnuto, više vlažnosti zraka, manje intenzivno ispari i stoga, osobito visoka temperatura Prikazuje ovaj termometar. Na temelju svjedočenja suhih i vlažnih termometara pomoću posebne (psihoomentske) tablice, vlažnost se određuje, izražena kao postotak. Najveća vlažnost je 100% (s takvom vlagom zraka, pojavljuje se Dew). Za osobu, najpovoljnija se smatra vlagom u rasponu od 40 do 60%.
Uz pomoć jednostavnih eksperimenata lako je utvrditi da se stopa isparavanja povećava s povećanjem temperature tekućine, kao i s povećanjem površine svoje slobodne površine iu prisutnosti vjetra.
Zašto u prisutnosti vjetra tekućina brže isparava? Činjenica je da istovremeno isparavanjem na površini tekućine postoji obrnut proces - kondenzacija, Kondenzacija se događa zbog činjenice da se dio pare molekula, nasumično kreće preko tekućine, ponovno se vraća na njega. Vjetar uzima molekulu koja leti iz tekućine i ne dopušta im da se vrate.
Kondenzacija se može dogoditi kada parna ne dolazi u dodir s tekućinom. To je kondenzacija koja objašnjava formiranje oblaka: molekule vodene pare, dižu iznad tla, u hladnijim slojevima atmosfere grupirane su u najmanji kapljice vode čiji su klasteri oblaci. Posljedica kondenzacije vodene pare u atmosferi je kiša i dew.
Ovisnost temperature vrenja od tlaka
Vrelište vode je 100 ° C; Moglo bi misliti da je to integralna imovina vode koja voda, gdje god je to u kojim uvjetima će uvijek kuhati na 100 ° C.
Ali to nije slučaj, a stanovnici alpskih sela su dobro svjesni toga.
U blizini top Elbrusa nalazi se kuća za turiste i znanstvenu stanicu. Newbies su ponekad iznenađeni: "Koliko je teško kuhati jaje u kipućoj vodi" ili "zašto kipuće vode ne gori". Pod tim uvjetima ukazuju na to da voda kuha na vrhu Elbrusa već na 82 ° C.
Koji je slučaj? Koji fizički faktor ometa u fenomenu kuhanja? Koja je vrijednost visina iznad razine mora?
Ovaj fizički faktor je tlak koji djeluje na površinu tekućine. Nema potrebe popeti se na vrh planine kako bi provjerio pravdu onoga što je rečeno.
Pod grijanoj vodi ispod zvona i ispumpava ili ispumpava zrak, možete osigurati da se točka vrenja raste s povećanjem tlaka i pada kada se smanjuje.
Voda kuha na 100 ° C samo na određenom tlaku - 760 mm Hg. Umjetnost. (ili 1 atm).
Krivulja točke vrenja prikazana je na Sl. 4.2. Na vrhu Elbrusa, tlak je 0,5 atm, ovaj tlak i odgovara točki vrenja od 82 ° C.
Sl. 4.2.
Ali kuhanje vode na 10-15 mm Hg. Umjetnost., Moguće je osvježiti u vrućem vremenu. U tom pritisku, točka vrenja će pasti na 10-15 ° C.
Možete čak dobiti "kipuću vodu" koja ima temperaturu za zamrzavanje vode. Za to će morati smanjiti pritisak do 4,6 mm Hg. Umjetnost.
Može se promatrati zanimljiva slika ako stavite otvorenu posudu s vodom ispod zvona i crpnite zrak. Crpljenje čini da voda kuha, ali ključanje zahtijeva toplinu. Da se to ne dogodi, i voda će morati dati vašu energiju. Temperatura kipuće vode počet će padati, ali budući da se crpljenje nastavlja, pada tlaka. Stoga se vrenje neće zaustaviti, voda će se nastaviti ohladiti i na kraju će se zamrznuti.
Propjev hladna voda To se događa ne samo kad crpljenje zraka. Na primjer, kada rotirate brodove propelera, pritisak u brzom kreće metalna površina Vodeni sloj pada uvelike i voda u ovom sloju čira, to jest, u njemu se pojavljuju brojni mjehurići ispunjeni trajektom. Ovaj fenomen se naziva kavitacija (od latinske riječi Cavitas - šupljina).
Uklanjanje tlaka, spuštamo točku vrenja. I povećanje? Raspored sličan našem odgovoran je za ovo pitanje. Pritisak od 15 atm može odgoditi kipuće vode, počet će samo na 200 ° C, a tlak od 80 atm će prisiliti vodu samo na 300 ° C.
Dakle, određena točka vrenja odgovara određenom vanjskom tlaku. No, ova izjava može i "okrenuti", govoreći sljedeće: svaka točka vrenja vode odgovara njegovom određenom tlaku. Taj se pritisak naziva parno elastičnost.
Krivulja koja prikazuje točku vrenja ovisno o tlaku, istovremeno je parna elastična krivulja ovisno o temperaturi.
Brojevi koji se primjenjuju na grafikon vrelišta (ili na rasporedu elastičnog pare) pokazuju da se elastičnost pare vrlo oštro oštro oštro s promjenom temperature. Na 0 ° C (tj. 273 k), elastičnost pare je jednaka 4,6 mm Hg. Umjetnost., Na 100 ° C (373 k) je 760 mm Hg. Art., Tj. Povećava 165 puta. S povećanjem temperature na pola (od 0 ° C, tj. 273 K, do 273 ° C, tj. 546 k) elastičnost pare se povećava s 4,6 mm Hg. Umjetnost. Gotovo do 60 atm, tj. Oko 10.000 puta.
Stoga, naprotiv, točka vrenja se mijenja s pritiskom prilično polako. Kada se tlak mijenja dva puta od 0,5 atm na 1 atm, točka vrenja se povećava od 82 ° C (355 K) do 100 ° C (373 K) i s promjenom u 1 do 2 atm - od 100 ° C (373 K) ) na 120 ° C (393 K).
Ista krivulja, koju sada smatramo, upravlja i kondenzacije (zadebljanje) pare u vodu.
Možete upariti pare u vodu ili kompresiju ili hlađenje.
I tijekom ključanja iu procesu kondenzacije, točka se neće pomicati s krivuljom dok transformacija pare u vodu ili vodu u pari neće biti potpuno. To se također može formulirati na sljedeći način: U uvjetima naše krivulje, i samo pod tim uvjetima, može postojati suživot tekućine i pare. Ako u isto vrijeme ne uspije i ne uzima toplinu, količina pare i tekućine u zatvorenoj posudi ostat će nepromijenjena. Kažu o takvim parovima i tekućini da su u ravnoteži, a parovi, u ravnoteži s tekućinom, nazivaju se zasićeni.
Krivulja ključanja i kondenzacije ima, kao što vidimo, još jedno značenje: to je fluidna ravnotežna krivulja i para. Ravnotežna krivulja dijeli polje grafikona, u dva dijela. Lijevo i gore (na visoke temperature i manje pritisaka) je područje stabilnog stanja pare. Desno i dolje - područje stabilnog stanja tekućine.
Equilibrium krivulja pare je tekućina, tj. Krivulja ovisnosti o točki vrenja od tlaka ili, koja je ista, parna elastičnost na temperaturi je približno isto za sve tekućine. U nekim slučajevima, promjena može biti pomalo oštra, u drugima - nešto sporiji, ali uvijek elastičnost pare brzo raste s povećanjem temperature.
Već mnogo puta koristili smo riječi "plin" i "parove". Ove dvije riječi su prilično jednake. Možete reći: Vodeni plin Postoje parna voda, plinski kisik je par tekućine kisika. Ipak, kada se koriste ove dvije riječi, razvila se neka navika. Budući da smo navikli na specifičan relativno mali temperaturni raspon, riječ "plin" obično se primjenjujemo na one tvari, elastičnost pare od kojih na normalnim temperaturama iznad atmosferskog tlaka. Naprotiv, govorimo o par kada je tvar stabilnija na sobnoj temperaturi i atmosferski tlak u obliku tekućine.
