Определение психрометрической постоянной аспирационным психрометром

Порядок выполнения работы

1. Осторожно с помощью специальной пипетки смачивают батист шарика влажного термометра. Заводят пружину вентилятора и продувают воздух через цилиндрические кожухи, в которых расположены термометры.

2. Снимают показания сухого и влажного термометров, когда между их показаниями установится определенная, не изменяющаяся разность температур.

3. Определяют атмосферное давление по барометру, находят в таблицах значение максимальной влажности при температуре влажного термометра и подставляя в формулу (4.7) находят психрометрическую постоянную . Для вычисления абсолютную влажность брать из предыдущего упражнения.

Контрольные вопросы

1. Почему при смачивании ткани влажного термометра возникает разность температур между показаниями сухого и влажного термометров?

2. Как изменится влажность помещения, если при неизменной температуре сухого термометра разность показаний термометров увеличится? Уменьшится?

3. Какова разность температур сухого и влажного термометров, если воздух насыщен водяными парами?

4. В каком случае испарение с поверхности кожи и слизистых оболочек идет активнее: при относительной влажности 40% или 70%?

5. Какие существуют методы определения влажности кроме метода психрометра?

 

V. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ

 

Фазой называются однородные макроскопические части системы, находящиеся в различных состояниях и отделенные друг от друга границей раздела. Если одновременно существуют две и более различных фаз вещества при данной температуре и давлении, соприкасаясь друг с другом, и при этом масса одной из фаз не растет за счет другой, то говорят о фазовом равновесии. Переход вещества из одного фазового состояния в другое называется фазовым переходом, или фазовым превращением. Число фаз , могущих быть в равновесии друг с другом, определяется правилом фаз Гиббса и зависит от числа компонент в веществе.

В учении о фазах основным вопросом является выяснение условий равновесия нескольких фаз. Условия равновесия фаз включают механическое и тепловое равновесия. Тепловое равновесие нескольких фаз наступит тогда, когда все фазы системы имеют одну и ту же температуру (т.е. , где число фаз). Для механического же равновесия необходимо равенство давлений по разные стороны границы раздела соприкасающихся фаз (т.е. ). Равенство давлений и температур дает равенство фаз из разных не взаимопревращающихся веществ. В случае фаз из одинакового вещества должно выполняться еще одно условие: равновесие по отношению к фазовым переходам. Для равновесия фаз ни одна фаза не должна расти за счет других фаз из-за фазового превращения. Это условие будет выполняться при равновесии химических потенциалов соприкасающихся фаз (). Нужно отметить, что равновесие фаз – это динамическое равновесие. При равновесии взаимопревращения фаз не прекращаются, наоборот, они становится еще более интенсивными. Но взаимопревращения фаз происходят таким образом, что переход одной фазы в другую полностью компенсируется обратным переходом, так что объемы соприкасающихся фаз не меняются.

Равновесие двух фаз может иметь место лишь в определенном интервале температур, причем каждому значению температуры соответствует вполне определенное давление , при котором возможно равновесие.

Состояние равновесия двух фаз на диаграмме () изображается кривой, выражающей функциональную связь (рис.5.1). Равновесие фаз будет только при таких и ,точки которых лежат на самой кривой. Правее и левее этой кривой вещество будет находиться в различных однофазных состояниях. Кривая, точки которой соответствуют равновесию фаз, называется фазовой диаграммой, или кривой равновесия фаз. Примером фазового перехода могут служить изменения агрегатного состояния вещества или переходы, связанные с изменениями в составе, строении и свойствах вещества (например, переход кристаллического вещества из одной модификации в другую).

Различают фазовые переходы двух родов. Фазовый переход первогорода (например, плавление, кристаллизация и т.д.) сопровождается поглощением или выделением теплоты, называемой теплотой фазовогоперехода. Фазовые переходы первого рода характеризуются постоянством температуры, изменениями энтропии и объема. Например, при плавлении телу надо сообщить некоторое количество теплоты, чтобы вызвать разрушение кристаллической решетки. Подводимая при плавлении теплота идет не на нагрев тела, а на разрыв межатомных связей, поэтому плавление протекает при постоянной температуре. В подобных переходах – из более упорядоченного кристаллического состояния в менее упорядоченное состояние – степень беспорядка увеличивается, т.е. согласно второму началу термодинамики, этот процесс связан с возрастанием энтропии системы. Если переход происходит в обратном направлении (кристаллизация), то система выделяет теплоту.

Фазовые переходы, не связанные с поглощением или выделением теплоты и изменением объема, называются фазовыми переходами второгорода. Эти переходы характеризуются постоянством объема и энтропии, но скачкообразным изменением теплоемкости. Фазовые переходы второго рода связаны с изменением симметрии: выше точки перехода система, как правило, обладает более высокой симметрией, чем ниже точки перехода. Примерами фазовых переходов второго рода являются: переход ферромагнитных веществ (железа, никеля) при определенном давлении и температуре в парамагнитное состояние.

Одно и то же вещество в зависимости от соотношения между удвоенной средней энергией, приходящейся на одну степень свободы хаотического (теплового) движения молекул и наименьшей потенциальной энергией взаимодействия молекул может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном. Это соотношение, в свою очередь, определяется внешними условиями – температурой и давлением. Следовательно, фазовые превращения также определяются изменениями температуры и давления.

Для наглядного изображения фазовых превращений используется диаграмма состояния (рис.5.2), на которой в координатах задается зависимость между температурой фазового перехода и давлением в виде кривых испарения (КИ), плавления (КП) и сублимации (КС), разделяющих поле диаграммы на три области, соответствующие условиям существования твердой (ТГ), жидкой (Ж) и газообразной (Г) фаз.

Кривые на диаграмме называются кривыми фазового равновесия, каждая точка на них соответствует условиям равновесия двух сосуществующих фаз: КП – твердого тела и жидкости, КИ – жидкости и газа, КС – твердого тела и газа.

Точка, в которой пересекаются эти кривые и которая, следовательно, определяет условия (температуру и соответствующее ей равновесное давление ) одновременного равновесного сосуществования трех фаз вещества, называется тройной точкой.

Термодинамика дает метод расчета кривой равновесия двух фаз одного и того же вещества. Согласно уравнению Клапейрона – Клаузиуса производная от равновесного давления по температуре равна:

, (5.1)

где теплота фазового перехода, изменение объема вещества при переходе из первой фазы во вторую, температура перехода (процесс изотермический).

Уравнение Клайперона – Клаузиуса позволяет определить наклоны кривых равновесия. Поскольку и положительны, наклон задается знаком . При испарении жидкостей и сублимации твердых тел объем вещества всегда возрастает, поэтому. Согласно (5.1). >0, следовательно, в этих процессах повышение температуры приводит к увеличению давления, и наоборот. При плавлении большинства веществ объем, как правило, возрастает, т.е. >0, следовательно, увеличение давления приводит к повышению температуры плавления (сплошная КП на рис.5.2). Для некоторых же веществ ( и др.) объем жидкой фазы меньше объема твердой фазы т.е. <0, следовательно, увеличение давления сопровождается понижением температуры плавления (штриховая линия на рис.5.2).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8