Horiace kvapaliny
Spaľovanie kvapalín je charakterizované dvoma vzájomne prepojenými javmi - odparovaním a spaľovaním zmesi parného vzduchu nad povrchom tekutiny. V dôsledku toho spaľovanie kvapalín je sprevádzané nielen chemickou reakciou (oxidáciou, otáčaním sa na ohnivé horiace), ale aj fyzikálnymi javmi (odparovanie a tvorba nad povrchom zmesi párov), bez ktorého spaľovanie nie je možné.
Prechod látky z kvapalného stavu v tvare pary sa nazýva odparovanie.Existujú dve formy tohto procesu: Odparovanie a varenie. Odparovanie - Jedná sa o tekutý prechod na pároch z voľného povrchu pri teplotách pod teplotou varu kvapaliny (pozri obr. 4.1). Odparenie sa vyskytuje v dôsledku tepelného pohybu molekúl tekutiny. Rýchlosť pohybu molekúl sa široko líši, sa dôrazne líši v oboch smeroch z jeho priemernej hodnoty. Časť molekúl s dostatočne veľkou kinetickou energiou sa vytiahne z povrchovej vrstvy tekutiny do média plynu (vzduchu). Nadmerná energia stratených molekúl tekutiny sa vynakladá na prekonanie interakčných síl medzi molekulami a prevádzkou expanzie (zvýšenie objemu) počas prechodu tekutiny na paru. Vriaci - Toto odparovanie nie je len z povrchu, ale aj z objemu tekutiny vytvorením parných bublín v celom objeme a pridelenie ich. Odparením sa pozorovalo pri akejkoľvek teplote tekutiny. Varovanie sa vyskytuje len pri teplote, pri ktorej nasýtený pár tlak dosiahne hodnotu externého (atmosférického) tlaku.
Na úkor hnevu v plynovej zóne je reverzný proces - kondenzácia. Ak je objem nad kvapalinou zatvorený, potom pri akejkoľvek teplote tekutiny sa medzi procesmi odparovania a kondenzácie vytvorí dynamická rovnováha.
Páry, ktoré sa nachádzajú v rovnováhe s kvapalinou, sa nazývajú nasýtený trajekt. Stav rovnováhy zodpovedá dvojici koncentráciu definovanú pre túto teplotu. Pár tlak v rovnováhe s kvapalinou sa nazýva tlak nasýtenej pary.
Obr. 4.1. Schéma odparovania tekutín v: a) otvorenej nádobe, b) uzavretej nádobe
Tlak nasýteného páru (R N.p.) tejto tekutiny pri konštantnej teplote je rozsah konštantnej a nezmenenej. Veľkosť nasýteného tlaku pary sa stanoví teplotou tekutiny: so zvýšenou teplotou, tlak nasýteného páru sa zvyšuje. Je to spôsobené rastom kinetickej energie tekutých molekúl so zvýšením teploty. Zároveň sa ukáže rastúca frakcia molekúl, aby mala energiu dostatočnú na to, aby sa dostala do par.
Tak, cez povrch (zrkadlo) kvapaliny, vždy existuje zmes parnej vzduchu, ktorá v rovnovážnom stave je charakterizovaná tlakom nasýtených pár pary alebo ich koncentráciou. S rastúcou teplotou sa tlak nasýtených výparov zvyšuje podľa rovnice Clayperon-Claiusa:
, (4.1)
alebo v integrovanej forme:
, (4.2)
kde r n.p. - tlak nasýteného páru, PA;
DN je teplo odparovania, potom množstvo tepla, ktoré je nevyhnutné na prenos do stavového stavu jednotky hmotnosti tekutiny, kJ / mol;
T - Teplota tekutiny, K.
Koncentrácia nasýteného páru spodného povrchu tekutiny je spojená s jeho tlakom pomocou pomeru:
. (4.3)
Z (4.1 a 4.2) Z toho vyplýva, že so zvýšenou teplotou tekutiny sa exponenciálne zvyšuje tlak nasýtených pár (alebo ich koncentrácia). V súvislosti s tým, pri určitej teplote nad povrchom kvapaliny sa vytvorí koncentrácia pary rovná nižšej koncentračný limit šírenia plameňa. Táto teplota sa nazýva nižší teplotný limit šírenia plameňa (NTRP).
Preto pre akúkoľvek kvapalinu existuje vždy taký teplotný rozsah, v ktorom je koncentrácia nasýtených pár oproti zrkadla v oblasti zapaľovania, to znamená, že HKPRP £ J N £ BCPRP.
Už ste niekedy opustili fľašu vody na niekoľko hodín pod spásaním slnka a počuli "syčavý" zvuk, ktorý ho otvoril? Tento zvuk je spôsobený tlakom parou. V chémii, tlak pary je tlak vykreslený kvapalinovým pary, ktorý sa odparuje v hermeticky uzavretej nádobe. Ak chcete nájsť tlak pary pri tejto teplote, použite rovnicu Klapairone :.
Zaznamenajte rovnicu Klapairone Clausius, ktorá sa používa na výpočet tlakového tlaku, keď sa časom mení. Tento vzorec sa môže použiť vo väčšine fyzických a chemických problémov. Rovnica je nasledovná: lN (P1 / P2) \u003d (AH VAP / R) ((1 / T2) - (1 / T1))Kde:
Na hodnoty hodnôt hodnôt v rovnici oceňovania. Väčšina úloh dostane dve teploty a hodnotu tlaku alebo dva hodnoty tlaku a teplotnú hodnotu.
Náhradné konštanty. Rovnica Klapairone Clausius obsahuje dve konštanty: R a AH VAP. R je vždy rovný 8,314 J / (K × Mol). Hodnota AH VAP (enthalpy z odparovania) závisí od látky, tlaku paru, z ktorých sa snažíte nájsť; Táto konštantná, spravidla sa nachádza v tabuľke v učebniciach v chémii alebo na stránkach (napríklad).
Rozhodnite o rovnici s pomocou algebraických operácií.
Zapíšte si zákon Raul. V reálnom živote sa zriedkajú čisté tekutiny; Často sa zaoberáme riešením. Roztok sa získa pridaním malého množstva určitej chemikálie, nazývanej "rozpustenú látku" na väčší počet ďalších chemických látok nazývaných "rozpúšťadlom". V prípadoch riešení používajte Raoul zákon:, kde:
Zistite, ktorá látka bude rozpúšťadlom a akákoľvek rozpustená látka. Pripomeňme, že rozpustená látka je látka rozpustená v rozpúšťadle a rozpúšťadlom je látka rozpustená rozpustenou látkou.
Nájdite teplotu riešenia, pretože to ovplyvní tlak svojho páru. Čím vyššia teplota, tým vyšší je tlak pary, pretože tvorba pary sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.
Nájdite tlak rozpúšťadlových výparov. V referenčných knihách v chémii sa podáva tlak pár mnohých spoločných chemikálií, ale spravidla sa takéto hodnoty podávajú pri teplotách látok pri 25 ° C / 298 alebo pri ich teplotách varu. Ak máte takéto teploty v úlohe, použite hodnoty z referenčných kníh; V opačnom prípade musíte vypočítať tlak výparov pri tejto teplote látky.
Nájdite molárny podiel rozpúšťadla. Na tento účel nájdete pomer počtu látok mol na celkový počet mólov všetkých látok dostupných v roztoku. Inými slovami, molárny podiel každej látky sa rovná (počet mólov látky) / (celkový počet mólov všetkých látok).
Teraz nahradiť údaje a zistené hodnoty v rovnici Raoul, ktorá je na začiatku tejto časti ( P-roztok \u003d p rozpúšťadlo X rozpúšťadlo).
Definícia štandardných podmienok. Hodnoty teploty a tlaku sa často používajú v chémii ako druh predvolených hodnôt. Takéto hodnoty sa nazývajú štandardné teploty a tlak (alebo štandardné podmienky). V úlohách tlaku pary sú často uvedené štandardné podmienky, takže je lepšie zapamätať si štandardné hodnoty:
Prepíšte Klapairone Clausiusovú rovnicu tak, aby našli iné premenné. Prvá časť tohto článku ukázala, ako vypočítať tlak pár čistých látok. Nie všetky úlohy sú však potrebné na nájdenie tlaku P1 alebo P2; Mnohé úlohy je potrebné vypočítať teplotu alebo hodnotu AH VAP. V takýchto prípadoch prepíšte rovnicu Klapairone-Clausius, ktorá robí neznáme hodnoty na jednej strane rovnice.
Berúc do úvahy tlak páru rozpustenej látky. V našom príklade, z druhej časti tohto článku, rozpustená látka - cukor - sa neodparí, ale ak sa rozpustená látka vyrába páry (odparené), je potrebné zvážiť tlak takéhoto páru. Na tento účel použite modifikované druhy RAUOULOVEJ ROZPEČNOSTI \u003d σ (P látky X Látka), kde symbol σ (Sigma) znamená, že je potrebné pridať hodnoty tlaky pary všetkých látky, z ktorých sa roztok skladá.
Odparovanie
Odparovanie cez hrnček čaju
Odparovanie - proces prechodu látky z kvapalného stavu do plynného, \u200b\u200bvyskytujúce sa na povrchu látky (páry). Proces odparovania je kondenzačný inverzný proces (prechod z stavového stavu do kvapaliny). Odparovanie (odparovanie), prechod látky z kondenzovanej (pevnej alebo kvapalnej) fázy do plynných (párov); Fázový prechod prvého druhu.
Tam je popísaný koncept odparovania vo vyššej fyzike.
Odparovanie - Toto je proces, pri ktorom častice (molekuly, atómy) lietajú z povrchu kvapalného alebo pevného telesa a e k\u003e e p.
Odparenie pevnej látky sa nazýva sublimácia (sublimácia) a odparovanie v objeme kvapaliny je varu. Zvyčajne, pri odparení, odparovanie na voľnom povrchu tekutiny v dôsledku tepelného pohybu jeho molekúl pri teplote pod teplotou varu zodpovedajúce tlaku plynového média umiestneného nad zadaným povrchom. Zároveň sa molekuly s dostatočne veľkou kinetickou energiou vytiahnu z povrchovej vrstvy tekutiny do plynového média; Niektoré z nich sa odrážajú a zachytávajú s tekutinou a zvyšok je nenahraditeľne stratený.
Odparovanie - endotermický proces, v ktorom sa teplo fázového prechodu absorbuje - teplo odparovania, vynaložené na prekonanie molekulárnej spojky sily v kvapalnej fáze a pracovať expanziu, keď sa kvapalina zmení na paru. Špecifické teplo odparovania sa vzťahuje na 1 modlitbu tekutiny (molárneho tepla odparovania, j / mol) alebo na jednotku jeho hmotnosti (hromadné teplo odparovania, j / kg). Rýchlosť odparovania sa stanoví hmotnosť povrchu Pár JP, prenikajúc na jednotku času do plynnej fázy z jednotky kvapalného povrchu [v mol / (SM 2) alebo kg / (SM2)]. Najväčšia hodnota JP sa dosahuje vo vákuu. V prítomnosti relatívne hustého plynového média sa odparovanie spomaľuje v dôsledku toho, že rýchlosť odstraňovania molekúl parných z povrchu kvapaliny do plynového média sa v porovnaní s vozidlom rýchlosti. Zároveň je povrch fázovej časti tvorený vrstvou parnej plynnej zmesi, takmer nasýtenej parou. Čiastočný tlak a koncentrácia pary v tejto vrstve je vyššia ako vo väčšine zmesi parných plynov.
Proces odparovania závisí od intenzity tepelného pohybu molekúl: Čím rýchlejšia molekula sa pohybuje, tým rýchlejšie sa odparuje. Okrem toho, dôležité faktory ovplyvňujúce proces odparovania sú rýchlosťou vonkajšieho (vzhľadom na látku) difúziu, ako aj vlastnosti samotnej látky. Jednoducho povedané, s vetrom, odparovanie je oveľa rýchlejšie. Čo sa týka vlastností látky, potom napríklad alkohol sa odparí oveľa rýchlejšie ako voda. Dôležitým faktorom je aj povrchová plocha kvapaliny, s ktorou dochádza k odparovaniu: z úzkeho poklesu sa vyskytuje pomalšie ako zo širokej platne.
Zvážte tento proces na molekulárnej úrovni: molekuly s dostatočnou energiou (rýchlosť) prekonať príťažlivosť priľahlých molekúl, prelomiť cez hranice látky (kvapalina). Zároveň tekutina stráca časť svojej energie (ochladená). Napríklad veľmi horúca kvapalina: na jeho povrchu vychladíme, zatiaľ čo proces odparovania urýchľujeme.
Porušenie termodynamickej rovnováhy medzi kvapalinou a para, ktorá je obsiahnutá v zmesi parnej plynu, je vysvetlená pomocou teploty na hranici fázového oddielu. Zvyčajne sa však tento skok môže zanedbávať a berú, že čiastočný tlak a koncentrácia pary na fázovej ploche zodpovedajú ich hodnotám pre nasýtený pár, ktorý má povrchovú teplotu kvapaliny. Ak je kvapalina a dusená zmes stále a účinok voľnej konvekcie v nich je zanedbateľný, odstránenie pary vytvoreného počas odparovania z povrchu tekutiny do plynového média je spôsobené najmä molekulárnej difúzii a vzhľadu Oddelený povrch separácie fáz (tzv.) Povrch Stephanovsky) prúdenie zmesi pár-plyn nasmerovaných z povrchu kvapaliny do plynového média (pozri difúziu). Distribúcia teplôt v rôznych režimoch odparovacieho chladenia kvapaliny. Tepelné toky sú nasmerované: A - z kvapalnej fázy na povrch odparovania do plynnej fázy; B - z kvapalnej fázy len na povrch odparovania; na povrchu odparovania z oboch fáz; G - na povrch odparovania len plynovou fázou.
Účinky Baro- a tepelného difúzie v inžinierskych výpočtoch sa zvyčajne neberú do úvahy, ale účinok tepelnej difúzie môže byť nevyhnutný pri vysokej heterogenite zmesi parných plynov (s veľkým rozdielom v molárnych hmotnostiach jeho zložiek) a Významné teplotné gradienty. Pri pohybe jednej alebo obidvoch fáz voči povrchu ich časti sa zvyšuje úloha konvekčného prenosu látky a energie zmesi parných plynov a kvapaliny.
Pri absencii dodávok energie do systému likvidného plynu z externého. Zdroje tepla sa môžu privádzať do povrchovej vrstvy tekutiny z jednej alebo oboch fáz. Na rozdiel od výsledného toku látky, vždy nasmerovaný počas odparovania z tekutiny do plynového média, môžu mať tepelné toky rôzne oblasti V závislosti od pomeru teploty hlavnej hmotnosti kvapaliny TG, hranice fázovej časti TGR a plynového prostredia TG. Pri kontakte určitého počtu kvapalín s polo-nekonečným objemom alebo ich umyte prúdom plynového média a pri teplote kvapaliny, vyššej ako teploty plynu (TG\u003e TGR\u003e TG), teplo tepla z Kvapalina strana na povrch fázového oddielu nastáva: (QU) Q: Q: Q: Agregát, ukončenie - množstvo tepla prenášaného z kvapaliny plynového prostredia. Kvapalina sa chladia (\\ t Nazýva sa nazývané odparovacie chladenie). Ak sa dosiahne rovnosť TGR \u003d TG, prenos tepla z kvapaliny do plynu sa zastaví (qui \u003d 0) a všetko teplo dodávané kvapalinou na povrchu úseku sa vynakladá na odparovanie ( Množstvo \u003d Q.).
V prípade plynového média, nie nasýteného parou, čiastočný tlak druhého na povrchu fázovej sekcie a keď dotazy \u003d q a zostáva vyššie ako vo väčšine plynu, v dôsledku čoho odparovanie a Odparovacie ochladzovanie kvapaliny sa nezastavia a TGR sa stáva nižším ako TG a TG. Zároveň sa teplo dodáva do povrchu úseku z oboch fáz, až kým sa nedosiahne rovnosť TGR \u003d TG a teplo tepla z tekutiny sa zastaví, a z plynového prostredia sa rovná q . Ďalšie odparovanie tekutiny sa vyskytuje pri konštantnej teplote TM \u003d TG \u003d TGR, ktorá sa nazýva hranica chladiaceho terasu počas odparovania chladenia alebo teploty mokrého teplomeru (pretože ukazuje mokrý teplomer psychoometra). Hodnota TM závisí od parametrov plynového plynu a podmienok tepla a hmoty prenosu medzi kvapalnými a plynovými fázami.
Ak má tekuté a plynové médium rôzne teplotysú umiestnené v obmedzenom objeme, ktorý nedostane energiu zvonku a neodosiela ho von, odparovanie sa vyskytuje, kým neexistuje termodynamická rovnováha medzi oboma fázami, pri ktorých sa teploty oboch fáz sú vyrovnané systémom nezmenený entalpou a Plynová fáza je nasýtená para pri teplote systému. Thad. Ten sa nazýva teplota sýtosti adiabatického plynu, je určená len počiatočnými parametrami oboch fáz a nezávisí od podmienok tepla a hmoty prenosu.
Rýchlosť izotermického odparovania [kg / (M 2 (c)] s jednosmerným difúziou parou do pevnej vrstvy binárneho výparnej zmesi s hrúbkou D, [M] možno nájsť podľa Štephenového vzorca:, kde D je vzájomný koeficient difúzie, [m 2 / z]; - konštanta plynu, [j / (kg až)] alebo [m 2 / (C 2 K)]; T - teplota zmesi, [K]; P - Tlak zmesi pár-plyn, [PA]; - Čiastočný tlak pár na povrchu úseku a na vonkajšom okraji vrstvy zmesi, [PA].
Všeobecne platí, že (pohyblivé kvapalina a plyn, ne-erotické podmienky) vo fáze susediacej s povrchom fázy, prenos pulz je sprevádzaný prenosom tepla a v pohraničnej vrstve plynu (zmes parných plynov), vzájomne sa vyskytujú prepojený prenos tepla a hmotnosti. Zároveň sa používajú experimentálne koeficienty tepla a hmotnostného odpadu na výpočet rýchlosti, a v relatívne jednoduchších prípadoch - približné metódy numerické riešenia Systém diferenciálne rovnice Pre konjugované hraničné vrstvy plynových a kvapalných fáz.
Intenzita prenosu hmoty počas odparovania závisí od rozdielu v chemických potenciách pary na povrchu úseku a vo väčšine zmesi pár-plyn. Avšak, ak je však možné zanedbať baro- a tepelnú difúziu, rozdiel v chemických potenciáli je nahradený rozdielom v čiastočných tlakoch alebo koncentráciách pár a prijímanie: JP \u003d BP (RP, GR - RP, OSN) \u003d BPR (UE, GR - UP, OSN) alebo JP \u003d BC (SP, GR - SP, OSN), kde BP, BC je koeficient prenosu hmotnostného prenosu, p je tlak zmesi, RP je čiastočný tlak pary, YP \u003d PP / P - molárna koncentrácia pary, sp \u003d RP / R je masívna koncentrácia hustôt pary, RP, R - lokálnych priepach a zmesí; Indexy znamenajú: "GR" - na hranici fázy, "OSN" - v OSN. Mass Mass. Hustota tepelného toku udelená počas odparovania kvapaliny je [in J / (M2 C)]: Q \u003d vek (TG - TGR) \u003d RJP + GG (TGR - TG), kde AG, AG - koeficient prenosu tepla tekutina a plyn, [w / (m2 K)]; R - Tepelné odparovanie, [j / kg].
S veľmi malými polomermi, zakrivenie odparovacieho povrchu (napríklad pri odparení malých kvapiek kvapaliny), účinok povrchového napätia tekutiny vedúce k tomu, že rovnovážny tlak pary nad povrchom časti vyššie Zohľadňuje sa tlak nasýtených pár tej istej tekutiny nad rovným povrchom. Ak TGR ~ TZ, potom pri výpočte odparovania sa môže zohľadniť iba tepelná a masová výmena v plynnej fáze. S relatívne nízkou intenzitou hmotnostného prenosu približne analogicky medzi procesmi tepelného a hmoty prenosu, z ktorých nasleduje: NU / NU0 \u003d SH * / SH0, kde NU \u003d G L / LG je číslo NUSSELT, L je Charakteristická veľkosť odparovacieho povrchu, LG - tepelno vodivosť koeficientu Paouse Mixes, SH * \u003d BYYG, GRL / DP \u003d BCCG, GRL / D je počet Sherwoodov pre difúznu zložku toku pary, DP \u003d D / RPT Difúzny -Efficient, označovaný gradient parciálneho tlaku pary. Hodnoty BP a BC sa vypočítajú podľa vyššie uvedených vzťahov, čísla NU0 a SH0 zodpovedajú JP: 0 a môžu byť určené podľa údajov pre samostatne vyskytujúce sa procesy tepla a hmotnosti. Počet SH0 pre celkový (difúzny a konvekčný) párový prietok je zistí, že rozdelenie SH * na molárne (YG, GR) alebo hmotnosti (SG, GR) koncentráciu plynu na povrchu úseku v závislosti od ktorého hnacia sila Hmotný prenesený koeficient b.
Rovosti podobnosti pre NU a SH * pri odparení zahŕňajú okrem konvenčných kritérií (Reynolds Reynolds čísla, Archimede AR AR, PRANDTL PR ALEBO SC SC a GEOM. Parametre), ktoré berú do úvahy účinok priečneho toku pary a stupňa Heterogenity zmesi pár-plyn (pomer molárnej hmotnosti alebo plyn konštantný jeho zložky) na profily, rýchlosť, teplote alebo koncentráciách v úseku pohraničnej vrstvy.
Pri malom JP, ktoré neruší v podstate hydrodynamický spôsob pohybu zmesi pár-plyn (napríklad počas odparovania vody do atmosférického vzduchu) a podobnosti okrajových podmienok teploty a koncentrácií, vplyv ďalších argumentov V podobnosti je nevýznamné a môžu byť zanedbané, brať to NU \u003d SH. Pri odparení viaczložkových zmesí sú tieto regulácie značne komplikované. V tomto prípade sa teplo odparovania zložiek zmesi a kompozície kvapalných a parných plynových fáz, ktoré sú medzi sebou v rovnováhe, sú odlišné a závisia od teploty. Keď sa odparí s binárnou kvapalinou zmesou, výsledná zmes výparov v relatívne bohatšie prchavejšia zložka, s výnimkou iba azeotropných zmesí, odparí sa v extrémnych bodoch (maximálne alebo minimálne) stavových kriviek ako čistou kvapalinou.
Celkové množstvo odparovacej tekutiny sa zvyšuje so zvýšením povrchu kontaktu kvapalných a plynových fáz, takže konštrukcia zariadení, v ktorých dochádza k odpareniu, zvýšenie povrchu odparovania vytváraním veľkého zrkadla kvapaliny , rozdrvte ho na prúd a kvapôčky alebo tvorbu tenkých filmov prúdiacich pozdĺž povrchu dýz. Zvýšenie intenzity tepla a prenosu hmoty počas odparovania sa tiež dosiahne zvýšením rýchlosti plynového média vzhľadom na povrch kvapaliny. Zvýšenie tejto rýchlosti by však nemal viesť k nadmernej kvapaline pod plynovým médiom a významným zvýšením hydraulickej odolnosti zariadenia.
Odparovanie je široko používané v priemyselných postupoch na čistenie látok, sušiacich materiálov, separácie kvapalných zmesí, klimatizácia. Odparovacie chladenie Voda sa používa v súčasných systémoch zásobovania vodou podnikov.
Nadácia Wikimedia. 2010.
Synonymá:Prechod na VA z kvapalného alebo pevného agregátu v plynných (pároch). Zvyčajne pod I. pochopiť prechod tekutiny do pary, vyskytujúce sa na voľnom povrchu tekutiny. I. Solidné telá volali. sublimácia alebo sublimácia. V závislosti od tlaku ... ... Fyzická encyklopédia
Rôznosť, ktorá sa vyskytuje na voľnom povrchu kvapaliny. Odparovanie z povrchu pevnej látky sa nazýva sublimácia ... Veľký Encyklopedický slovník
Medzi teplotou je priamy vzťah sýtosť tekutiny A ďalšie tlak. Ako už bolo uvedené, zvýšenie tlaku tekutiny zvyšuje teplotu nasýtenia. Naopak, zníženie tlaku tekutiny znižuje teplotu nasýtenia.
Zvážte uzavretú nádobu vodou pri teplote 22 ° C. Na nádobe sú inštalované škrtiacu klapku, tlakomer a dva teplomery na riadenie procesov. Ventil reguluje tlak v nádobe. Tlakomer znázorňuje tlak v nádobe a teplomery merajú teplotu parnej a kvapalnej vody. Atmosférický tlak okolo nádoby je 101,3 kPa.
V plavidle sa vytvorí vákuuma uzavretý ventil. S vnútorným tlakom v 68,9 kPa teplota nasýtenia vody 89,6 ° C. To znamená, že varenie sa nevyskytuje, kým sa tlak pár nedosiahne 68,9 kPa. Ako maximálna tlaková ods Pri teplote tekutiny 22 ° C 2,7 kPa nebude varu, ak kvapalina neinformuje veľké množstvo energie.
Namiesto varu za týchto podmienok sa začne odparovanie, pretože tlak páru kvapaliny je nižší ako tlak nasýtená parazávisí od teploty vody. Takže bude pokračovať, kým objem nad kvapalinou je nasýtený vodný trajekt. Po dosiahnutí stavu rovnováhy bude teplota tekutiny a životného prostredia rovnaká, prenos tepla sa zastaví, počet parných molekúl oddelených od vody a návrat k nej bude rovnaký a dvojice tlak bude rovná tlaku saturácie tekutiny, ktorá závisí od jeho teploty. Po dosiahnutí stavu rovnováhy sa tlak pary dosiahne maximálnu hodnotu 2,7 kPa a objem kvapaliny zostane konštantný.
Ak sa dosiahne počiatočná rovnováha rovnováhy, otvorte ventil, tlak v nádobe sa rýchlo zvýši na 101,3 kPa. V dôsledku toho bude teplota varu vody rásť 100 ° C.. Vzhľadom k tomu, teplota vody zostáva 22,2 ° C, tlak vody zostáva 2,7 kPa. Tlak páru vody sa zníži, pretože pár vychádza z nádoby cez ventil a proces odparovania začína znova.
S zvýšením prenosu tepla nádoby v dôsledku spaľovania paliva, teplota vody začína stúpať na 100 ° C. Zvýšenie teploty vody spôsobuje väčšie množstvo parných molekúl v dôsledku zvýšenia kinetickej energie, čo zvyšuje tlak pary na 101,3 kPa. Zvýšte tlak odseku - To je dôsledkom teploty kvapalnej vody. S zvyšovaním teploty tekutiny stúpa aj tlak nasýteného páru. Akonáhle párový tlak dosiahne atmosferický tlakzačína vriaci. Založené na potenciálna energia Proces zmeny stavu v dôsledku valenia sa vyskytuje pri konštantnej teplote. Voda bude násilne meniť stav na plynný, kým nádoba nedostane dostatok tepla.
Pri oddelení molekúl pary z povrchu kvapaliny a pohybu v nádobe, niektoré molekuly strácajú kinetická energia V dôsledku kolízií a spadajú do kvapaliny. Niektoré molekuly vychádzajú z plavidla otvorený ventil A rozptýliť v atmosfére. Kým ventil uvoľní parou, pár párov a tlak v nádobe zostanú 101,3 kPa. Súčasne, para zostane nasýtená a jej teplota a tlak bude rovnaký ako v kvapaline: 100 ° С pri 101.3 kPa. Hustota pary pri takejto teplote a tlaku 0,596 kg / m3 a jeho špecifický objem návratnej hustoty je 1,669 mg / kg.
Odparovanie
Odparovanie - Jedná sa o jemný termodynamický proces spôsobený pomalým prenosom tepla tekutiny z prostredia. Proces odparovanie Vyrába rýchle zmeny v objeme alebo hmotnosti kvapaliny. Odparovanie V dôsledku absorpcie kvapalných molekúl termálna energia Zo životného prostredia v dôsledku malého teplotného rozdielu. Toto zvýšenie energie zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje kinetickú energiu kvapaliny. Keď sa kinetická energia prenáša ako výsledok kolízií, niektoré molekuly v blízkosti povrchu dosiahne rýchlosti, ktoré sú oveľa vyššie ako priemerná rýchlosť susedných molekúl. Pod aproximáciou niektorých molekúl s vysokou energiou, porušujú komunikáciu s povrchom tekutiny, prekonať silu príťažlivosti a ísť do atmosféry ako parné molekuly.
Odparovanie Odparenie sa vyskytuje, ak je tlak pary nad kvapalinou nižší ako saturačný tlak, ktorý zodpovedá teplote tekutiny. Inými slovami, odparovanie sa vyskytuje, keď sú čiary tlaku a teploty páru kvapaliny pretínajú na teplotnej línii nasýtenia v bode pod atmosférickým tlakom. Tieto podmienky sú zapnuté teplotné čiary nasýtenia Pod horizontálnym párovým tlakom, ktorý zodpovedá teplote tekutiny.
Objem odparovacej tekutiny Neustále sa znižuje pri oddeľovaní molekúl z povrchu a zavádzania do okolitej atmosféry. Po oddelení, niektoré párové molekuly čelia ostatným v atmosfére, vysielajúc časť kinetickej energie. Keď redukcia energie znižuje rýchlosť parných molekúl pod úrovňou separácie z kvapaliny, padajú späť a tak obnovujú časť strateného objemu. Keď sa počet molekúl oddelených od kvapaliny rovná počtu padania, vzniká rovnovážny stav. Akonáhle sa tento stav vyskytne, objem tekutiny zostáva nezmenený, kým sa nezmení tlaku pary alebo teploty nevytvoria zodpovedajúce zmeny v intenzite odparovania.
Tlaková para
Tlak pary v atmosférickom vzduchu môže byť jasne ilustrovaný nasledujúcimi skúsenosťami. Ak sa po chvíli zvýši viac kvapiek vody, ktorá sa objaví pipetou ortuťou barometra v dolnej časti, úroveň ortuti v Barometri sa zníži v dôsledku vzdelávania v Torrycelli Void Vodná para. Ten vytvára svoje vlastné Čiastočný tlak PH, konajú rovnomerne vo všetkých smeroch, a to aj na zníženie povrchu ortuti.
Pri vykonávaní podobných skúseností za podmienok s väčšou teplotou pa pary v trubici barometra sa hodnota P zvyšuje (by mala byť vodu na povrchu ortuti). Ukazujú sa, že takéto experimenty zvyšujú tlak nasýteného páru zvýšením teploty. Pri párovej teplote v trubici 100 ° C, úroveň ortuti v ňom klesá na úroveň v pohári s batomerom, pretože tlaková para bude rovná atmosferický tlak. Táto metóda študuje funkčnú závislosť medzi špecifikovanými parametrami parou.
Pár tlak, podobne ako všetky plyn, môže byť vyjadrená v Pascal. Pri vykonávaní meraní a výpočtov technológia lesných šitie Naplánujte tlak pary z nulovej hodnoty tlaku. Niekedy trvá nadmerné proti barometrickému tlaku na začatie odkazu. Prvý je väčší ako 0,1 MPa. Napríklad 0,6 MPa bude zodpovedať 0,5 MPa, počítané na tlakovom meradle na parnom kotle alebo parných linkách.
Teplota nasýtenia
Teplota, v ktorej sa kvapalina pohybuje z kvapalnej fázy do plynného alebo naopak, sa nazýva teplota vložky. Kvapalina pre teplota nasýtenia Zavolať nasýtená kvapalinaa paru pri teplote nasýtenia sa nazýva nasýtený trajekt. Pre akékoľvek environmentálne podmienky alebo tlak teplota nasýtenia - Toto je maximálna teplota, pri ktorej látka zostáva v kvapalnej fáze. Je tiež minimálnou teplotou, pri ktorej látka existuje ako para. Teplota nasýtenia rôznych kvapalín je odlišná a závisí od tlak tekutiny. S štandardným atmosférickým tlakom sa železo odparuje pri teplote približne pri teplote 2454 ° C, medi pri 2343 ° C, vode - pri 1649 ° C, vode - pri 100 ° C a alkoholu - pri 76,7 ° C. Ostatné kvapaliny sa odparujú výlučne nízke teploty. Amoniak sa odparí pri -33 ° C, kyslík - pri -182 ° C a hélium pri -269 ° C so štandardným atmosférickým tlakom.
Intenzita Odparovanie
Atmosférický pohyb na odparovacej tekutiny priamo súvisiacej s intenzita odparovania. Ak je rýchlosť atmosféry nad povrchom zvýšenia tekutiny, intenzita Odparovanie Tiež rásť, pretože párové molekuly sa nezhromažďujú na povrchu kvapaliny. V dôsledku toho, tlak pary nad kvapalinou zostáva nižší, čo znižuje množstvo kinetickej energie, ktorá vyžaduje molekulu na oddeľovanie od povrchu a tým sa zvyšuje intenzita Odparovanie. Ak uložíte ventilátor s vodnou plavbou, intenzita odparovania sa zvýši a tekutina sa odparí v kratšom čase.
Ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje intenzitu odparovania povrchová povrchová kvapalinaktorá je otvorená pre atmosféru. S nárastom plochy sa zvyšuje intenzita odparovania, pretože hmotnosť molekúl pary je distribuovaná veľký námestiektorý znižuje tlak na tekutinu. Zníženie tlaku páru znižuje číslo kinetická energiapotrebné molekuly na oddeľovanie od povrchu tekutiny, čo zvyšuje intenzitu odparovania. Preto, ak sa objem vody z plavidla pohybuje na fľašu, povrchová plocha kvapaliny sa výrazne zníži a bude potrebovať viac času odparovanie vody.
Použitie fenoménu chladenia tekutiny počas odparovania; Závislosť teploty varu vody z tlaku.
Pri parníku sa látka pohybuje z kvapalného stavu do plynných (párov). Existujú dva typy odparovania: odparovanie a varenie.
Odparovanie - Toto je odparovanie, ktoré sa vyskytuje z voľného povrchu tekutiny.
Ako sa odparuje? Vieme, že molekuly akejkoľvek kvapaliny sú v kontinuálnom a neusporiadanom pohybe, a jeden z nich sa pohybuje rýchlejšie, iné sú pomalšie. Ak chcete letieť s ním zasahovať do sily príťažlivosti. Ak je však tekutý povrch molekuly s dostatočne veľkou kinetickou energiou, bude schopný prekonať sily intermolekulárnej príťažlivosti a odchýliť sa od kvapaliny. To isté sa deje s inou rýchlou molekulou, s druhou, tretí, atď., Vonkajší von, tieto molekuly tvoria párovú tekutinu. Tvorba tohto páru sa odparuje.
Vzhľadom k tomu, najrýchlejšie molekuly, priemerná kinetická energia molekúl zostávajúcich v tekutine v tekutine sa stáva menej a menej pri odparení kvapaliny. Ako výsledok teplota odparovacej tekutiny klesá: Kvapalina sa ochladí. To je dôvod, prečo, najmä muž vo vlhkom oblečení, sa cíti chladnejšie ako v suchom (najmä vo vetre).
Zároveň každý vie, že ak nalejete vodu do pohára a nechajte na stole, potom, napriek odparovaniu, nebude neustále ochladzovanie, stáva sa viac a chladnejšie, kým nezamrzne. Čo to bráni? Odpoveď je veľmi jednoduchá: výmena tepla vody so skleneným prostredím teplým vzduchom.
Chladiaca tekutina počas odparovania je výraznejšia v prípade, keď sa odparovanie vyskytne pomerne rýchlo (takže tekutina nemá čas na obnovenie jeho teploty v dôsledku prenosu tepla s prostredím). Preplachovacie kvapaliny sa odparia, v ktorom sú sily intermolekulárnej atrakcie malé, ako je éter, alkohol, benzín. Ak klesnete takú kvapalinu na ruku, budeme sa cítiť chlad. Spárujte z povrchu ruky, takáto kvapalina sa ochladí a vyberie z neho určité teplo.
Rýchle aplikácie sú široko používané v technológii. Napríklad v priestorových technikách s takýmito látkami pokrývajú zostupové zariadenia. Pri prechode cez atmosféru planéty tela-prístroja, v dôsledku zahrievania trenia a jeho látka sa začína odpariť. Po odparení, ochladzuje kozmickú loď, šetrí ho na prehriatie.
Chladiaca voda počas odparovania sa používa aj v zariadeniach, ktoré slúžia na meranie vlhkosti vzduchu - psychrometre (z gréckeho "psychos" - studené). Psychrometer sa skladá z dvoch teplomerov. Jeden z nich (suchý) sa zobrazuje teplota vzduchu a druhá (ktorej nádrž je viazaná cesto, znížená do vody) - viac nízka teplotaspôsobené intenzitou odparovania z mokrej bathet. Krajina vzduchu, ktorej vlhkosť sa meria, čím silnejší odparovanie, a preto spustí odčítanie zvlhčeného teplomeru. A naopak, čím viac vlhkosť vzduchu, tým menej intenzívne odparovanie, a to najmä vysoká teplota Ukazuje tento teplomer. Na základe svedectva suchých a hydratárnych teplomerov pomocou špeciálneho (psychoometrického) tabuľky sa určuje vlhkosť, vyjadrená ako percento. Najväčšia vlhkosť je 100% (s takou vlhkosťou vzduch, zobrazí sa rosa). Pre osobu sa najpriaznivejšie považuje za vlhkosť v rozsahu od 40 do 60%.
S pomocou jednoduchých experimentov je ľahké stanoviť, že rýchlosť odparovania sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou tekutiny, ako aj s rastúcou oblasťou jeho voľného povrchu av prítomnosti vetra.
Prečo v prítomnosti vetra sa kvapalina odparí rýchlejšie? Faktom je, že súčasne s odparovaním na povrchu kvapaliny je reverzný proces - kondenzácia. Kondenzácia sa vyskytuje kvôli tomu, že časť molekúl pary, náhodne pohybujúca sa cez tekutinu, opäť sa vracia. Vietor berie molekulu lemovanie z kvapaliny a nedovoľuje, aby sa vrátili.
Kondenzácia sa môže vyskytnúť, keď sa para nedostala do styku s kvapalinou. Je to kondenzácia, ktorá vysvetľuje tvorbu oblakov: molekuly vodných pár, stúpajú nad zemou, v chladnejších vrstvách atmosféry sú zoskupené do najmenších kvapôčok vody, ktorých klastre sú mraky. Dôsledkom kondenzácie vodných pár v atmosfére je dážď a rosa.
Závislosť teploty varu od tlaku
Bod varu vody je 100 ° C; Mohlo by si myslieť, že ide o neoddeliteľnú vlastnosť vody, ktorá voda, kdekoľvek je v akých podmienkach sa vždy varí pri 100 ° C.
Ale toto nie je prípad, a obyvatelia alpských dedín si to dobre uvedomujú.
V blízkosti vrcholu Elbrus je dom pre turistov a vedeckú stanicu. Novinky sú niekedy prekvapení, "ako ťažké variť vajcia vo vriacej vode" alebo "prečo vriaca voda nehorí." Za týchto podmienok naznačujú, že voda sa varí na vrchole Elbrus už pri 82 ° C.
Aký je ten prípad? Aký fyzický faktor interferuje do fenoménu varu? Akú hodnotu je výška nad morom?
Tento fyzický faktor je tlak pôsobiaci na povrchu kvapaliny. Nie je potrebné vyliezť na vrchol horu, aby skontroloval spravodlivosť o tom, čo bolo povedané.
PLYING Vyhrievaná voda pod zvončekom a čerpala alebo čerpala vzduch odtiaľ, môžete sa uistiť, že bod varu rastie zvýšením tlaku a pád, keď sa znižuje.
Voda sa varí pri 100 ° C len pri určitom tlaku - 760 mm Hg. Umenie. (alebo 1 atm).
Krivka bodov varu je znázornená na obr. 4.2. V hornej časti Elbrus je tlak 0,5 atm, tento tlak a zodpovedá teplotu varu 82 ° C.
Obr. 4.2.
Ale voda varu pri 10-15 mm Hg. Umenie., Je možné obnoviť horúce počasie. V tomto tlaku bude bodu varu klesnúť na 10-15 ° C.
Môžete dokonca dostať "vriacej vody" s teplotou mrazu vody. Na to bude musieť znížiť tlak do 4,6 mm Hg. Umenie.
Zaujímavý obraz je možné pozorovať, ak umiestnite otvorenú nádobu vodou pod zvončekom a vzduchom čerpadla. Čerpanie robí vodu varu, ale varu vyžaduje teplo. Ak chcete, aby to nie je nikde, a voda bude musieť dať vašu energiu. Teplota vriacej vody začne klesať, ale preto, že čerpanie pokračuje, tlak kvapky. Preto sa varenie nezastaví, voda bude pokračovať v pohode a bude nakoniec zmraziť.
Takéto var studená voda Stáva sa to nielen pri čerpaní vzduchu. Napríklad pri otáčaní vrtuľových lodí, tlak v rýchlom pohybe okolo kovový povrch Vodná vrstva výrazne kvapká a voda v tejto vrstve varí, to znamená, že v ňom sa objavujú početné bubliny naplnené trajektom. Tento fenomén sa nazýva kavitácia (z latinského slova Cavitas - dutiny).
Odstránenie tlaku, znižujeme teplotu varu. A zvýšenie? Za túto otázku je zodpovedný harmonogram podobný nášmu. Tlak 15 atm môže oddialiť varu vody, začne len pri 200 ° C a tlak 80 atm bude nútiť vodu len pri 300 ° C.
Takže určitý bod varu zodpovedá určitému vonkajšiemu tlaku. Ale toto vyhlásenie môže a "otočiť", hovorí to: Každá teplota varu vody zodpovedá jeho definitívnemu tlaku. Tento tlak sa nazýva parná elasticita.
Krivka zobrazujúca bod varu v závislosti od tlaku je súčasne parná elastická krivka v závislosti od teploty.
Čísla aplikované na graf bodu varu (alebo na elastickom pláne pary) ukazujú, že elasticita parných zmien veľmi ostro s menu teploty. Pri 0 ° C (t.j. 273 k), elasticita pary sa rovná 4,6 mm Hg. Art., Pri 100 ° C (373 k) je 760 mm Hg. Art., T.j. sa zvyšuje 165-krát. S rastúcou teplotou na polovicu (od 0 ° C, t.j. 273 K, až 273 ° C, t.j. 546 k) elasticita pary sa zvyšuje s 4,6 mm Hg. Umenie. Takmer až 60 atm, t.j. asi 10 000 krát.
Preto naopak, bod varu sa zmení s tlakom pomerne pomaly. Keď sa tlak zmení dvakrát z 0,5 atm do 1 ATM, teplota varu sa zvyšuje z 82 ° C (355 K) až 100 ° C (373 K) a so zmenou v 1 až 2 atm - od 100 ° C (373 K ) až 120 ° C (393 K).
Rovnaká krivka, ktorú teraz zvážime, spravuje a kondenzuje (zahusťovanie) pary do vody.
Môžete premeniť paru na vodu alebo kompresiu alebo chladenie.
Obaja počas varu a v procese kondenzácie sa bod nepohybuje s krivkou, až kým sa transformácia pary na vodu alebo voda v pare neskončí úplne. To môže byť tiež formulované takto: v podmienkach našej krivky, a len za týchto podmienok, môže byť koexistencia kvapaliny a pary. Ak sa zároveň neuskutoční a neberie teplo, množstvo pary a tekutiny v uzavretej nádobe zostane nezmenené. Hovorí sa o takých pároch a tekutín, že sú v rovnováhe, a páry, v rovnováhe s kvapalinou, sa nazývajú nasýtené.
Krivka varu a kondenzácie má, ako vidíme, iný význam: Toto je tekutina rovnovážna krivka a para. Rovnovážne krivka rozdeľuje pole grafu do dvoch častí. Vľavo a hore (na vysoké teploty a menej tlakov) je oblasť stabilného stavu pary. Pravý a dole - oblasť stabilného stavu kvapaliny.
Rovnovážna krivka pary je tekutina, t.j. krivka závislosti od teploty varu z tlaku alebo, ktorá je rovnaká, parná elasticita na teplotu je približne rovnaká pre všetky tekutiny. V niektorých prípadoch môže byť zmena trochu ostrá, v iných - trochu pomalšia, ale vždy elasticita pary rastú rýchlo s rastúcou teplotou.
Už mnohokrát sme použili slová "plyn" a "páry". Tieto dve slová sú celkom rovnaké. Môžete povedať: vodný plyn tam je parná voda, plynový kyslík je pár kyslíkovej tekutiny. Avšak, keď používate tieto dve slová, niektorý zvyk sa vyvinula. Vzhľadom k tomu, že sme zvyknutí na špecifický relatívne malý teplotný rozsah, slovo "plyn" sa zvyčajne aplikujeme na tieto látky, elasticita paru, ktorej pri normálnych teplotách nad atmosférickým tlakom. Naopak, hovoríme o pár, keď je látka stabilnejšia pri teplote miestnosti a atmosférický tlak vo forme tekutiny.
