3. Области применения вакуума

Современная промышленность немыслима без использования свойств вакуума. Это особенно относится к работе элекровакуумных приборов (электроннолучевых трубок, магнетронов и др.). Вакуумная техника используется при производстве чистых и сверхчистых материалов. Свойства вакуума используются в технологических процессах, в частности при сушке пищевых продуктов методом сублимационной и вакуумной сушки. Вакуум используют при автоматизации производственных процессов для удержания (присоса) изделий.

4. Диаграмма p-V воды и водяного пара

Процесс нагревания и испарения воды при различных давлениях, в том числе и ниже атмосферного показан на «диаграмме p-v воды и водяного пара» (рис.1.).

Рис.1. Диаграмма p-v воды и водяного пара

На рис.1 показана диаграмма p-v воды и водяного пара, на которой рассмотрена изобара ad. Точка а соответствует состоянию воды при температуре 0⁰С. В результате изобарного процесса ab подвода теплоты температура воды повышается, а удельный объем увеличивается. При температуре, соответствующей выбранному давлению, в точке b вода закипает.

Кипение воды сопровождается бурным парообразованием по всему объему жидкости. Процесс парообразования идет на участке изобары bc при постоянной температуре, т.е. участок bc одновременно является изотермой и изобарой. Полное испарение воды произойдет в точке с, где степень сухости пара равна единице, а в точке а степень сухости пара равняется нулю. При большем давлении описанный процесс может быть представлен зависимостью a^’d^’.

Область I соответствует нагреваемой воде, область II – насыщенному пару, область III – перегретому пару. Эти области разделяет нижняя пограничная кривая 1 (ОК), где степень сухости х равна нулю, и верхняя пограничная кривая 2, где степень сухости х пара равна единице.

К – критическая точка с параметрами: давление p_k=22,129 МПа; удельный объем v_k = 0,00326 м³/ кг; абсолютная температура T_k=647,3 К.

5. Описание экспериментальной установки

Установка состоит из стеклянной колбы с водой 1, в которой создается разрежение (см.рис.2). Колба укреплена на штативе 4. Нагрев осуществляется при помощи электроплитки 2.

Разрежение в колбе достигается при помощи вакуумного насоса 8, приводимого в действие электродвигателем 9. Для того чтобы пары воды не попадали в насос, предусмотрен конденсатор 6. Разрежение в колбе измеряется с помощью вакуумметра 5, а температура воды – термометром 3. Краник 7 служит для сообщения колбы 1 с атмосферой. Краник 10 предназначен для сохранения достигнутого вакуума в случае отключения вакуумного насоса.

Рис.2. Схема лабораторной установки

6. Порядок выполнения работы

1. В колбу 1 наливают воду и плотно закрывают резиновой пробкой с укрепленным в ней термометром 3. Включают электрическую плитку 2 и производят нагрев до заданной температуры.

2. Когда температура достигнет величины, заданной преподавателем, закрывают краник 7, открывают краник 10 и включают вакуумный насос. Разрежение создают до тех пор, пока вода не закипит.

3. Когда вода начинает кипеть, закрывают краник 10 и отключают вакуумный насос. За счет неплотностей разрежение в колбе 1 падает. В момент прекращения кипения воды замеряют показания вакуумметра 5 и термометра. Полученные данные записывают в таблицу наблюдений, которая одновременно является и таблицей результатов работы.

4. После того, как произведены замеры разрежения и температуры, краник 7 открывается, продолжается нагрев до следующей заданной температуры и т. д.

5. После того как будет подсчитано абсолютное давление в «ата», по таблицам Вукаловича «Термические свойства водяного пара» (см.прил.1) определяют теоретическую температуру кипения воды при соответствующем давлении и находят разницу между опытным и табличным значениями температуры кипения воды.

6. На основании полученных данных строят кривую зависимости опытной температуры кипения воды от давления ниже атмосферного (абсолютного).

7. Для характеристики точности выполнения работы вместе с опытной кривой на графике необходимо построить теоретическую кривую, используя для этого табличные данные.

8. Результаты экспериментальных данных записываются в табл.1.

Таблица 1

Таблица наблюдений и результатов

Номер опыта	Вакуумметрическое давление, мм рт. ст	Барометрическое давление, мм рт. ст	Абсолютное давление		Опытная температура кипения воды t0, 0C	Температура кипения по таблицам «Вакуловича» tт, 0C	Расхождение между опытной и табличной температурами Δt, 0C
			мм рт. ст	ата
1
2
3