Лабораторная работа № 2

Исследование зависимости давления водяного пара

от температуры

Цель работы: опытным путем исследовать зависимость давления парообразования от температуры, научиться пользоваться is-диаграммой водяного пара.

Задание для предварительной подготовки

1. Изучить настоящие методические указания и рекомендуемую литературу.

2. Подготовить ответы на контрольные вопросы 1...3.

3. Оформить заготовку письменного отчета по лабораторной работе.

Общие сведения

Парообразованием называется процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное. Существует две разновидности парообразования: испарение и кипение. В первом случае пар образуется только на поверхности. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает.

Кипением называется такой процесс превращения жидкости в пар, который происходит не только с поверхности жидкости, но и внутри нее, т.е. это процесс образования пара во всей массе жидкости. Кипение происходит при определенной температуре, зависящей от рода жидкости и от ее давления. Процесс кипения осуществляется при подводе к жидкости теплоты при неизменном давлении. По всему объему жидкости образуются быстро растущие пузырьки пара, которые всплывают на поверхность. Пузырек пара может расти только тогда, когда давление внутри него несколько превосходит давление жидкости, складывающееся из давления воздуха на поверхность и гидростатического давления.

Если же давление пара в пузырьке падает, например, из-за уменьшения температуры, то пузырек «захлопывается». Пар вновь переходит в жидкость. Такой эффект наблюдается при кипении жидкости «белым ключом». Легко узнать этот режим по характерному шуму.

Кипение жидкости начинается при температуре Т_S, когда выравниваются давления жидкости и насыщенного пара в пузырьках. При этом температура остается постоянной, и вся подводимая теплота расходуется на фазовый переход из жидкого в газообразное состояние. Температура кипения Т_S не зависит от интенсивности подвода теплоты, а зависит только от внешнего давления. Графически это иллюстрирует рисунок 2.1. Кривая начинается в точке Р, называемой точкой тройного равновесия (Тр=273,16 К при Р=0,6108 кПа), и заканчивается в критической точке К (Т=647,15 К при Р=22,087 МПа).

При параметрах, соответствующих точке 0, вода может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. В точке К и выше процесс парообразования отсутствует.

Рис.2.1. – Сухой насыщенный пар. Кривая насыщения

Описание лабораторной установки

Экспериментальная установка (рис.2.2) состоит из стального, теплоизолированного от окружающей среды, котла 1. На днище котла размещен электронагревательный элемент 2. К котлу через сифонную трубку 3 и тепловой компенсатор 4 присоединен манометр 5, измеряющий давление пара в котле. Тепловой компенсатор служит для исключения тепловых и механических влияний на механизм манометра.

В верхней части котла вварен карман, служащий для установки термометра 6. С целью обеспечения лучшего контакта баллона термометра с поверхностью котла свободное пространство между стенкой кармана и термометром заполнено маслом.