Теоретичні відомості. Процес випаровування полягає в тому, що з поверхні рідини вилітають молекули й утворюють пару

Процес випаровування полягає в тому, що з поверхні рідини вилітають молекули й утворюють пару.

Випаровування проходять за будь-якої температури, але його швидкість тим більша, чим вища температура рідини, чим більша відкрита площа рідини, чим швидше відганяється утворювана пара і т.д. Найбільшого значення досягає швидкість випаровування рідини за температури кипіння.

Кипіння - це процес, зв’язаний з випаровуванням з усього об'єму рідини, який відбувається тільки за певної температури, величина якої залежить від навколишнього тиску. Під час випаровуванні рідину залишають молекули з найбільшою кінетичною анергією, зумовлюючи те, що середня енергія всіх молекул зменшується, а отже, температура рідини знижується.

Щоб під час випаровування температура рідини залишалася незмінною, необхідно весь час надавати їй теплоту. Ця теплота еквівалентна кількості роботи, яку необхідно затратити, щоб молекули рідини, що випаровуються, змогли перебороти сили зчеплення та зовнішного тиску.

Питомою теплотою випаровуваня називається кількість теплоти, необхідна для перетворення в пару одного кг рідини за температури кипіння.

Визначити цю кількість теплоти на досліді дуже важко, бо теплота під час випаровування йде не тільки на перетворення рідини у пару, а й випромінюється. Але на підставі закону збереження й перетворення енергії кількість теплоти, яку віддає пара під час конденсації, дорівнює кількості теплоти, витраченої для одержання цієї кількості пари. Теплоту, що виділяється під час конденсації пари в рідину, легко визначити за допомогою звичайної калориметричної установки. Під час пропускання пари в калориметр з водою теплота, яку віддасть пара під час конденсації, та вода, що утворилася з сконденсованої пари під час охолодження, піде на нагрівання води в калориметрі, калориметра (металевого) і змійовика, через який пропускають пару. Рівняння теплового балансу для даного випадку матиме вигляд:

(1)

де - питома теплота пароутворення води; - маса води, що утворилася під час конденсації пари; - питома теплоємність води;

- температура кипіння води; - маса води в калориметрі;

- маса калориметра; - питома теплоємність калориметра;

- початкова температура калориметра; - температура, що встановилася в калориметрі після пропускання пари.

- теплота, що виділилась під час конденсації пари;

- теплота, що виділилась під час охолодження води, що утворилася з пари від до - температури суміші.

теплота, що поглинула вода, попередньо налита в калориметр, під час нагріванні від до ;

- теплота, що пішла на нагрівання калориметра від до .

З формули (1) знаходимо питому теплоту пароутворення:

, (2)

З довідника знайдемо теплоємність відповідно води й алюмінієвого калориметра:

; .

Формула (2) одержана без урахування енергетичних втрат у навколишнє середовище. Вона буде правильною тільки в тому разі, коли початкова температура води і калориметра на стільки градусів нижча від кімнатної температури, на скільки кінцева температура вища за кімнатну. Тоді на початку досліду вода й калориметр одержують тепло від навколишнього середовища, а в кінці – віддають його.

Температура кипіння води знаходиться за відповідними таблицями, або обчислюється за формулою:

, (3)

де - значення атмосферного тиску в міліметрах ртутного стовпа (вимірюється барометром).

Дата добавления: 2014-12-10