1. Задание
1. Иметь четкое представление о каждом из состояний вещества (ненасыщенная и насыщенная жидкость; влажный, сухой насыщенный и перегретый пар; критическое состояние). Уяснить физический смысл величин, характеризующих процесс кипения: температуры насыщения, давления насыщения, теплоты парообразования, степени сухости влажного пара. Понять взаимосвязь между ними.
2. Определить опытным путем теплоту парообразования хладона С318 при одной температуре. Сравнить полученное значение теплоты парообразования с табличными данными и определить погрешность.
2. Основные теоретические понятия
Пар – это реальный газ, близкий к состоянию насыщения, т. е. к превращению в жидкость.
Насыщенным называется пар, находящийся в равновесии с кипящей жидкостью, из которой он образуется. Температура кипящей жидкости и находящегося над ней пара называется температурой насыщения, она является однозначной функцией давления, при котором происходит процесс кипения (давления насыщения). Эта зависимость имеет сложный характер и выражается кривой линией. При повышении давления температура насыщения возрастает. Насыщенный пар может быть сухим или влажным.
Сухой насыщенный пар получается при полном испарении всей жидкости, т. е. представляет собой пар, не содержащий жидкой фазы и имеющий температуру насыщения.
Влажный насыщенный пар получается при неполном испарении жидкости и является смесью сухого насыщенного пара и насыщенной жидкости.
Степенью сухости влажного пара х называется массовая доля сухого насыщенного пара в общей массе влажного пара.
Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг насыщенной жидкости в сухой насыщенный пар при постоянном давлении, называется удельной теплотой парообразования.
Теплоту парообразования можно разделить на две составляющие – внутреннюю и внешнюю теплоту парообразования. Первая представляет собой теплоту, расходуемую на изменение агрегатного состояния вещества, равную разности значений внутренней энергии насыщенного пара и насыщенной жидкости вн = u u; вторая – теплоту, расходуемую на совершение работы расширения, связанной с изменением объема вещества при превращении насыщенной жидкости в сухой насыщенный пар при постоянном давлении:
= р (v v).
Итак,
r = вн + .
Для всех жидкостей значение r зависит от температуры или от соответствующего ей давления насыщения. По мере их повышения r уменьшается и достигает нулевого значения в критической точке, где вн = 0 и = 0.
Теплота парообразования зависит от молекулярной массы вещества. Для высокомолекулярных жидкостей ее значения малы.
Значения удельной теплоты парообразования при 0 С весьма различны для разных жидкостей, кДж/кг:
-
вода …………………………………………………
2501,0
аммиак …………………………………...................
1261,5
хладон 12 …..………………………………………..
152,1
хладон 22 ….………………………………………..
204,4
Удельная теплота парообразования является одной из важнейших характеристик хладагентов, так как в значительной степени определяет удельную холодопроизводительность циклов.
Аналитически теплота парообразования может быть найдена по уравнению Клапейрона–Клаузиуса
,
где v и v удельные объемы хладагента в состоянии сухого насыщенного пара и насыщенной жидкости, а производная dp/dTн характеризует темп роста давления насыщения при увеличении температуры.
Экспериментально величину r можно определить путем прямых калориметрических измерений.