Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования « Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» Кафедра технической физики

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №2т

ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННОГО ПАРА ЖИДКОСТИ

Студенты: Метелева Ю. В.

Мелехин К. Э.

Коковин А. В.

Группа: Фт – 300203

Преподаватель: Алексеенко Н.Н.

Екатеринбург

2013

Введение

Жидкости в открытом сосуде испаряются тем быстрее, чем выше их температура, больше свободная поверхность, эффективнее удаление образующегося пара. Эти же эффекты существуют, но менее выражены у твердых тел. Для тела в замкнутом вакуумированном сосуде при постоянной температуре с течением времени устанавливается равновесие между паром и жидкостью (твердым телом). Пар, находящийся в равновесии с жидкостью или твердым телом - это насыщенный пар. Целью настоящей работы является изучение фазового равновесия (пар - конденсированная фаза) и определение термодинамических параметров, характеризующих это состояние.

1 Теория

Система, состоящая из различных по свойствам частей, разграниченных поверхностями раздела, называется гетерогенной системой. Часть гетерогенной системы, ограниченной поверхностью раздела и имеющая в отсутствии внешнего поля сил, одинаковые физические свойства во всех точках называется фазой.

В условиях равновесия фазы (`) и (``) характеризуются одинаковыми давлением, температурой, химическими потенциалами:

p` = p``, T` = T``, ` =`` (1)

Аналогично для равновесия трех фаз :

p`= p``= p```, T`=T``=T```, `(p,T)= ``(p,T)= ```(p,T) (2)

Так как химические потенциалы являются функциями давления и температуры, то для изображения состояний вещества используют (p,T)-диаграмму.

Плавление и испарение - наиболее простые фазовые переходы первого рода, сопровождающиеся тепловыми и объемными эффектами.

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса является дифференциальным уравнением кривой фазового равновесия. Оно описывает зависимость давления фазового перехода от температуры:

(3)

где, p - давление, T - температура, L - теплота испарения, v - удельный объём, f,i - фазы.

2 Экспериментальная установка

1 – конденсатор емкостью 25 мкФ; 2-рабочая камера; 3-нагреватель; 4‑манометр; 5-цифровой вольтметр; 6-сосуд для нулевых концов термопары; 7‑термопара.

Рисунок 1  Принципиальная схема экспериментальной установки

Экспериментальная установка (рисунок 1) используется для изучения равновесия в системе жидкость - пар. Для этого необходимо измерить давление насыщенного пара в зависимости от температуры.

Для нагрева системы жидкость - пар используется нагреватель 3. Нагрев приводит к росту давления паров воды, измеряемому манометром 4. Температуру измеряют при помощи термопары 7, помещенной в запаянном капилляре внутри рабочей камеры 2. ЭДС термопары 7 измеряют цифровым вольтметром 5. Нулевые концы термопары помещены в сосуде Дьюара 6.

3 Методика проведения эксперимента

Если температура фазового перехода значительно меньше критической, то удельным объемом жидкости, в случае парообразования, или удельным объемом твердого тела, в случае сублимации, можно пренебречь по сравнению с удельным объемом пара и уравнение Клапейрона-Клаузиуса записать в виде:

, (4)

где V`` - удельный объем пара.

При температурах фазового перехода значительно меньше критической, пар можно считать идеальным газом. Для одного моля:

(5)

(6)

В таком приближении теплоту испарения можно считать постоянной. Интегрируя (6) получаем:

(7)

Выражение (7) позволяет экспериментально определить теплоту испарения, которая пропорциональна тангенсу угла наклона прямой в координатах ln(P)=f(1/T). Систематическое отклонение экспериментальных значений ln(P) от линейной зависимости может указывать на зависимость теплоты испарения от температуры.

4 Опытные данные и обработка результатов измерений

4.1 Опытные данные

Результаты измерений и их обработки методом наименьших квадратов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Опытные данные и их обработка

Температуру вычисляем по формуле Т[K] = (E[mV]+0,84)/0,076+273

Давление в Паскалях вычисляем по формуле p = p[дел.]*980,66 + 133,32*p_атм[mm Hg]. Атмосферноe давление p_атм = 744 мм рт. ст.

№ п.п.	P, дел.	E, mV	P, Па	Т, К	ln P	1/T	yixi	(xi)2	Выч. Ош.	Т, К (выч.)
1	0	6,638	9,87E+04	371	11,499	0,00269	0,0309628	7,24984E-06	0,000003	371
2	30	7,173	1,28E+05	378	11,760	0,00264	0,0310764	6,98263E-06	0,000297	379
3	60	7,635	1,57E+05	385	11,967	0,00260	0,0311229	6,76359E-06	0,000372	385
4	90	8,023	1,87E+05	390	12,138	0,00257	0,0311546	6,58751E-06	0,000553	390
5	120	8,356	2,16E+05	394	12,285	0,00254	0,0311792	6,4418E-06	0,000889	395
6	150	8,670	2,46E+05	398	12,412	0,00251	0,0311759	6,3088E-06	0,000797	399
7	180	8,974	2,75E+05	402	12,525	0,00249	0,0311469	6,18392E-06	0,000356	403
8	210	9,210	3,05E+05	405	12,627	0,00247	0,0311589	6,08951E-06	0,000732	406
9	240	9,453	3,34E+05	408	12,719	0,00245	0,0311407	5,99454E-06	0,000604	409
10	270	9,671	3,63E+05	411	12,803	0,00243	0,0311288	5,91122E-06	0,000641	412
11	300	9,884	3,93E+05	414	12,881	0,00241	0,0311061	5,83148E-06	0,000507	415
12	330	10,094	4,22E+05	417	12,953	0,00240	0,0310731	5,75443E-06	0,000265	417
13	0	6,670	9,87E+04	372	11,499	0,00269	0,0309277	7,23343E-06	0,000175	371
14	30	7,253	1,28E+05	379	11,760	0,00264	0,0309902	6,94395E-06	0,000349	379
15	60	7,734	1,57E+05	386	11,967	0,00259	0,0310178	6,718E-06	0,000564	385
16	90	8,135	1,87E+05	391	12,138	0,00256	0,0310372	6,53795E-06	0,000570	390
17	120	8,482	2,16E+05	396	12,285	0,00253	0,0310485	6,38793E-06	0,000498	395
18	150	8,786	2,46E+05	400	12,412	0,00250	0,0310568	6,2607E-06	0,000352	399
19	180	9,079	2,75E+05	404	12,525	0,00248	0,0310403	6,14164E-06	0,000523	403
20	210	9,333	3,05E+05	407	12,627	0,00246	0,031035	6,04116E-06	0,000443	406
21	240	9,569	3,34E+05	410	12,719	0,00244	0,0310248	5,94999E-06	0,000404	409
22	270	9,799	3,63E+05	413	12,803	0,00242	0,0310018	5,8631E-06	0,000542	412
23	300	10,008	3,93E+05	416	12,881	0,00241	0,030984	5,78579E-06	0,000573	415
24	330	10,199	4,22E+05	418	12,953	0,00239	0,0309705	5,71647E-06	0,000509	417
	0	a=	-4,901E+03		297,142	0,06030	0,745561	1,517E-04	0,011517
		b=	24,69

Теплота испарения L = (40,70,4) кДж/моль.