Порядок проведения эксперимента

1. Поставить первый переключатель на «1», а второй на «0». Включить компрессор и создать давление в баллоне. Во избежание разрыва соединительных шлангов и вывода установки из строя избыточное давление поднимать не выше 50 кПа.

3. Выключить компрессор и записать показания мановакуумметра.

4. Поставить первый переключатель на «0», второй – на «1». Включить компрессор, который будет при таком положении переключателей удалять воздух из баллона.

6. Выключить компрессор и записать показание мановакуумметра.

7. Записать показание барометра.

9. По формулам (1) и (2) найти величину абсолютного давления.

 

Контрольные вопросы

1. Какие термодинамические параметры состояния относятся к основным?

2. Какие температурные шкалы вам известны и как они строятся?

3. Опишите достоинства и недостатки каждого из известных вам приборов для измерения температуры.

4. Какие поправки надо учитывать при работе с жидкостным термометром?

5. Опишите принцип работы электроконтактного термометра.

6. Опишите устройство термопары.

7. Какие приборы могут измерять быстро меняющуюся температуру?

8. Какие приборы могут измерять температуру малого объекта (точки)?

9. Как учесть поправку на температуру холодного спая термопары?

10. В каких единицах измеряется давление?

11. Что такое абсолютное давление и как оно определяется?

12. Что такое избыточное давление и разрежение (вакуум)?

13. Какие приборы применяются для измерения давления?

14. Почему избыточное давление и вакуум не могут быть параметрами состояния?

15. В каких пределах могут изменяться избыточное давление и вакуум?

 

ПОСТРОЕНИЕ УЧАСТКА НИЖНЕЙ ПОГРАНИЧНОЙ КРИВОЙ ДЛЯ ВОДЫ

Цель работы: углубление знаний по теме «Реальные газы», установление опытным путем зависимости температуры кипения воды от давления, при котором она находится.

 

Общие положения

 

Каждое вещество может существовать в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном в зависимости от давления и температуры, при которых они находятся. На фазовой диаграмме (рис.1) каждая точка соответствует паре значений температура – давление. Можно выделить области

существования отдельных агрегатных состояний (фаз). Линии, разделяющие эти области, называются соответственно:

Линия плавления - разделяет области твердого и жидкого состояний;

Линия сублимации - разделяет области твердого и газообразного состояний;

Линия насыщения - разделяет области жидкого и газообразного состояний.

 

Точка схождения трех линий называется тройной(точка О). Она является единственной для каждого вещества и соответствует таким значениям давления и температуры, при которых все три фазы вещества находятся в равновесии и могут существовать одновременно. В частности, для воды параметры тройной точки: р_О = 611 Па, Т_О = 273,16 К (t = 0,01 ºС).

Каждая из граничных линий соответствует равновесию каких-либо двух фаз. Равновесие жидкости и газа (пара) называется насыщением.

При насыщении у равновесных фаз совпадают давление и температура (а также химический потенциал). Остальные параметры и функции состояния у них различны.

На любой другой термодинамической диаграмме, например, p-v (рис. 2), состоянию насыщения соответствует уже не одна линия, а целая область, каждая точка которой отмечает равновесную смесь жидкости и пара (называемую влажным насыщенным паром) при определенном соотношении их количеств.

Это соотношение характеризуется степенью сухости влажного насыщенного пара – массовой долей сухого пара (чистой фазы) во влажном (смеси):

 

.

Точки, лежащие на границах области влажного насыщенного пара, отмечают состояние чистых фаз – насыщенной жидкости (линия ОК, х = 0) и сухого насыщенного пара (х = 1). Они называются пограничными кривыми – нижней для жидкости и верхней для сухого насыщенного пара. Нижняя и верхняя пограничные кривые ограничивают область существования влажного насыщенного пара и отделяют ее от областей ненасыщенной жидкости и перегретого пара.

Из диаграммы p-v (рис.2) видно, что пограничные кривые сходятся в точке К, называемой критической. В этой точке не только давление и температура, но и удельные объемы фаз становятся равными.

Экспериментально доказано, что и остальные характеристики фаз становятся в этой точке равны, и всякое различие между жидкостью и паром исчезает. Выше критической точки фазы неразличимы и переход между ними идет плавно.

На фазовой диаграмме р - Т критическая точка ограничивает сверху линию насыщения. Критическая точка для каждого вещества также единственная. Для воды ее параметры: р_К=221,29 бар, t_К == 374,16ºС, v_К = 0,00326 м³/кг.

Если нагревать жидкость при постоянном давлении (рис.1, линия АВ), температура растет до тех пор, пока не достигнет значения, соответствующего состоянию насыщения (точка В). В этот момент начинается фазовый переход - в массе жидкости начинает образовываться пар.

Молекулы вещества в жидкости «упакованы» более тесно, чем в газе и сильно притягиваются друг к другу. Для парообразования необходимо подвести к жидкости энергию, достаточную для преодоления притяжения молекул, а также для совершения работы «расталкивания» окружающей среды, которая давит на образующийся пузырек пара. Но температура кипящей жидкости (точнее, влажного насыщенного пара) при этом подводе тепла не изменяется, и процесс кипения идет при постоянной температуре, пока вся жидкость не превратится в пар. Затраченная на это теплота называется удельной теплотой парообразования. Только после выкипания жидкости дальнейший нагрев пара приведет к росту температуры (рис.1, линия ВС).

Пар, температура которого больше температуры насыщения при данном давлении, называетсяперегретым.

Следует отметить, что парообразование возможно и при отсутствии равновесия жидкости и пара - при любой температуре - если жидкость имеет свободную поверхность.

С этой поверхности всегда отрываются отдельные молекулы, имеющие более высокую энергию за счет статистических отклонений от средней величины. Диффундируя в воздухе, они удаляются от поверхности. Такой процесс называется испарением и является неравновесным.