Определение удельной теплоты перехода

ВОДЫ В ПАР ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ КИПЕНИЯ

Цель работы: определение удельной теплоты парообразования воды при температуре кипения методом ввода тепла.

 

Краткая теория

 

Парообразование – это переход вещества из конденсированной жидкой фазы в газовую фазу. Под фазой понимается совокупность частей термодинамической системы, одинаковой по всем физическим и химическим свойствам, не зависящей от количества вещества. Например, система «лед – вода – пар» состоит из трех фаз. Сосуществующие фазы отделены друг от друга физическими поверхностями раздела.

Для того чтобы испарение жидкости происходило при постоянной температуре, к жидкости необходимо подводить определенное количество теплоты.

Величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо подвести к единице массы жидкости для превращения её в пар при постоянной температуре, называется удельной теплотой перехода жидкости в пар (удельной теплотой парообразования). Обычно её обозначают буквой r, а измеряют в Дж/кг.

Теплота, подводимая к жидкости при изотермическом испарении, идет на работу по преодолению сил молекулярного притяжения (внутренняя теплота перехода жидкости в пар) и на работу против внешнего давления (внешняя теплота перехода).

Работа А₁, совершаемая против сил молекулярного притяжения при испарении единицы массы, будет численно равна разности удельных внутренних энергий пара и жидкости. Следовательно, А₁= U _П – U _Ж, где U_П  и U_Ж – соответственно, удельная внутренняя энергия пара и жидкости.

Работу, совершаемую против внешнего давления при испарении единицы массы жидкости, можно определить по формуле:

А₂=Р(V_П – V_Ж),

где Р – внешнее давление, V_П – удельный объем пара; V_Ж – удельный объем жидкости.

Удельная теплота перехода жидкости в пар равна сумме внутренней r₁  и внешней r₂ теплоты перехода: r = r ₁ + r ₂, но так как r ₁ = A ₁, а r ₂ = A ₂, то для удельной теплоты перехода жидкости в пар получаем:

r = U _П – U_Ж + P(V _П – V_Ж ).

Работу А₁ = U_П – U_Ж можно выразить иначе. Если при переходе из жидкости в пар одной молекулы против сил молекулярного сцепления совершается работа , то при испарении единицы массы из жидкости в пар перейдет  молекул и

Тогда

где  – число Авогадро,  – молекулярная масса.

Удельная теплота перехода жидкости в пар зависит от природы жидкости, а для определенной жидкости является функцией температуры. С увеличением температуры удельная теплота перехода жидкости в пар убывает, с уменьшением – возрастает. В критическом состоянии различие между жидкостью и её насыщенным паром исчезает, и удельная теплота перехода обращается в нуль.