Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Испарение и конденсация


Помощь в написании учебных работ
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь

В жидких и твердых телах при любой температуре имеется не­которое количество молекул, энергия которых оказывается доста­точной для того, чтобы преодолеть притяжение к другим молекулам, покинуть поверхность жидкости или твердого тела и перейти в га­зообразную фазу. Переход жидкости в газообразное состояние назы­вается испарением, переход в газообразное состояние твер­дого тела носит название сублимации.

При испарении и сублимации тело поки­дают наиболее быстрые молекулы, вследствие чего средняя энергия оставшихся молекул уменьшается и тело охлаждается. Чтобы под­держивать температуру испаряющегося (или сублимирующегося) тела неизменной, к нему нужно непрерывно подводить тепло. Тепло q, которое необходимо сообщить единице массы вещества для того, чтобы превратить ее в пар, находящийся при той же темпе­ратуре, какую имело вещество до испарения, называется удель­ной теплотой испарения (или сублимации).

При конденсации тепло, затраченное при испарении, отдается обратно: образующаяся при конденсации жидкость (или твердое тело) нагревается.

Рассмотрим процесс установления равновесия между жидкостью и ее паром. Возьмем герметичный сосуд, частично заполненный жидкостью (рис.7.1), и допустим, что первоначально из простран­ства над жидкостью вещество было полностью удалено. Вследствие процесса испарения пространство над жидкостью станет напол­няться молекулами. Молекулы, перешедшие в газообразную фазу, двигаясь хаотически, ударяются о поверхность жидкости, причем часть таких ударов будет сопровождаться переходом молекул в жидкую фазу. Количество молекул, переходящих в единицу времени в жидкую фазу, очевидно, пропорционально количеству ударяю­щихся о поверхность молекул, которое в свою очередь пропорцио­нально , т. е. растет с давлением р. Следовательно, наряду с испарением протекает обратный процесс перехода моле­кул из газообразной в жидкую фазу, причем интенсивность его ра­стет по мере увеличения плотности молекул в пространстве над жидкостью. При достижении некоторого, вполне определенного (для данной темпера­туры) давления количества молекул, покидаю­щих жидкость и возвращающихся в нее, станут равны. Начиная с этого момента, плотность пара перестает изменяться. Между жидкостью и паром установится подвижное равновесие, которое будет существовать до тех пор, пока не изменится объем или темпе­ратура системы. Пар, находящийся в равно­весии со своей жидкостью, называется насыщенным. Давление, при котором наблю­дается равновесие, называется давлением (или упругостью) насыщенного пара. Количество молекул, покидающих жидкость в единицу времени, растет с температурой.



Количество молекул, ударяющихся о поверхность жидкости, зависит от температуры в меньшей степени (через как ). Поэтому при повышении температуры равнове­сие между фазами нарушается, и в течение некоторого времени по­ток молекул в направлении жидкость → пар будет превышать по­ток в направлении пар → жидкость. Это продолжается до тех пор, пока возрастание давления не приведет снова к установлению по­движного равновесия. Таким образом, давление, при котором уста­навливается подвижное равновесие между жидкостью и паром, т. е. давление насыщенных паров, оказывается зависящим от тем­пературы. Вид этой зависимости показан на рис.7.2.

Если увеличить объем сосуда, давление пара упадет и равнове­сие будет нарушено. В результате превратится в пар дополнительное количество жидкости такое, чтобы давление снова стало равным pн.п. Аналогично уменьшение объема приведет к превращению неко­торого количества пара в жидкость.

7.3. Равновесие жидкости и насыщенного пара

Рассмотрим процесс сжатия вещества при постоянной темпера­туре. Первоначально вещество предполагается газообразным. Вна­чале по мере уменьшения объема давление газа будет расти (рис.7.3). По достижении объема Vг давление перестает изме­няться, а вещество перестает быть однородным — часть газа кон­денсируется в жидкость. Происходит расслоение вещества на две фазы: жидкую и газообразную. По мере дальнейшего уменьшения объема все большая часть вещества переходит в жидкую фазу, причем переход осуществ­ляется при постоянном давлении pн.п (давлении насыщенного пара). После того как процесс конденсации вещества заканчивается (это происходит при до­стижении объема Vж), дальнейшее уменьшение объема начинает сопровож­даться быстрым ростом давления.

На рис.7.3 Vг есть объем, занимае­мый веществом в газообразном состоянии при давлении рн.п, Vж —объем вещества в жидком состоянии при том же давлении. При любом промежуточном значении объема V часть вещества с массой mж будет находиться в жидком, а часть с массой тп — в парообразном состоянии. Найдем отношение тжп.

Назовем удельным объемом объем единицы массы вещества. Тогда, если масса вещества равна т, то удельные объемы насы­щенного пара и жидкости при давлении рн.п будут равны

.

В состоянии, при котором масса жидкой фазы равна тж, а масса пара равна тп, на долю жидкости будет приходиться объем , а на долю насыщенного пара — объем . В сумме оба эти объема должны быть равны объему V

Подставив выражения для удельных объемов и заменив массу m = mж + mп, получим:

Тогда - отношение масс жидкости и насыщенного пара в двухфазном состоянии равно отношению отрезков, на которые делит горизонтальный участок изотермы точка, изображающая состояние.

Итак, на диаграмме р,V состояниям равновесия между жидкостью и ее насыщенным паром соответствует горизонтальный участок изотермы. Концы этого участка отвечают объемам V1 и V2 , занимаемым веществом в первой и второй фазах. Этими фазами могут быть жидкость и насыщенный пар, либо жидкость и кристаллы, либо две кристаллические модификации одного и того же вещества. Во всех случаях справедливо соотношение

(m1 и m2 — массы вещества в первой и второй фазах).

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Основные понятия. В термодинамике фазой называется совокупность однородных, одинаковых по своим свойствам частей системы | Критическое состояние. Критическая изотерма

Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 627; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2022) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.022 сек.