Теплота парообразования

Удельная теплота парообразования показывает количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг жидкости в пар при температуре кипения.

Удельная теплота парообразования определяется из формулы:

(4.1)

где Q – количество теплоты, Дж; m – масса тела, кг.

Опытным путем найдены значения удельной теплоты парообразования различных веществ и составлены таблицы. Удельная теплота парообразования воды равна 2,257 МДж/кг. Это означает, что на каждый килограмм воды необходимо потратить количество энергии, равное 2,257 МДж, чтобы превратить ее в пар. Но при этом вода должна уже обладать температурой кипения. Если вода изначально была с более низкой температурой, то необходимо рассчитать количество теплоты, которое потребуется для подогрева воды до кипения.

Различают два вида парообразования: кипение и испарение. Процесс кипения протекает интенсивно во всем объеме при строго определенной температуре (кипения). Испарение происходит только со свободной поверхности жидкости при любой температуре выше температуры плавления.

Энтальпия сухого насыщенного пара i" определяется уравнением:

i" = i'+ r, (4.2)

где i' – энтальпия жидкости.

Внутренняя энергия сухого насыщенного пара:

u" = i" - pυ". (4.3)

Для определения сухого насыщенного пара необходимо знание давления либо температуры. Влажный пар определяется давлением р или температурой t_н и степенью сухости х.

Энтальпия влажного пара i_х определяется уравнением:

i_х = i'+ rx. (4.4)

Внутренняя энергия влажного пара u_x равна:

u_x = i_x – pυ_x, (4.5)

где υ_x – удельный объем влажного пара, который определяется как объем смеси, состоящий из сухого пара υ" и воды υ':

υ_x= υ"х + (1- х) υ'. (4.6)

Каждому давлению соответствует определенная температура кипения данной жидкости, являющаяся одновременно температурой насыщения пара Т_н, с которой жидкость находится в равновесии.

Связь между температурой и давлением насыщения выражается уравнением Клапейрона-Клаузиуса:

. (4.7)

Поскольку υ" > υ' для фазового перехода «жидкость-пар», как это следует из уравнения, отношение - всегда больше нуля, т.е. с ростом температуры давление насыщения увеличивается.

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса устанавливает связь между производной давления по температуре, калорическими (r) и термодинамическими (Т_н, υ', υ") свойствами вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях.

Контрольные задания

Задача 1. Какое количество энергии (теплоты) требуется для превращения в пар 2 кг воды при температуре t?

Таблица 4.1

Вариант	1	2	3	4	5	6
t, °C	20	30	40	50	60	70

Задача 2. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы 500 г воды с начальной температурой t довести до кипения и 50 г превратить в пар? Изобразите процессы графически t= f(Q).

Таблица 4.2

Вариант	1	2	3	4	5	6
t, °C	20	30	40	50	60	70

Задача 3. С использованием is-диаграммы определить теплоту парообразования r при абсолютном давлении р и степени сухости х.

Таблица 4.3

Вариант	1	2	3	4	5	6
Р, МПа	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
х	0,80	0,82	0,85	0,87	0,90	0,95