Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Демков В.П. -> "В помощь поступающим в вузы. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм" -> 43

В помощь поступающим в вузы. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм - Демков В.П.

Демков В.П., Третьякова О.Н. В помощь поступающим в вузы. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм — М.: Маи, 1999. — 440 c.
Скачать (прямая ссылка): vpomoshpostupaushimvvuzi1999.djvu
Предыдущая << 1 .. 37 38 39 40 41 42 < 43 > 44 45 46 47 48 49 .. 178 >> Следующая

Т] до температуры Т2 поглощается (выделяется) тепло
el_2=WC(7'2-7'I), (11.5)
где с - удельная теплоемкость вещества.
Уравнение (11.4) называется уравнением теплового баланса.
Если сосуд не теплоизолирован, то уравнение (11.4) нужно записать в
виде
!&-, = ?, (И-6)
>,j
где Q - количество тепла, полученное (отданное) системой. Например, тепло
может подводиться к системе за счет сгорания топлива; при полном сгорании
топлива массой т [кг] выделяется энергия равная
Q = qm, (11.7)
где q - удельная теплота сгорания.
Рассмотрим теперь более подробно фазовый переход: жидкость - пар. Возьмем
герметичный сосуд, частично заполненный жидкостью, и допустим, что
первоначально над жидкостью воздух был удален. В этом случае наиболее
быстрые молекулы будут испаряться в пространство над жидкостью (процесс
парообразования), а так как они движутся вблизи жидкости, то некоторые из
них будут сталкиваться с ней и возвращаться в жидкое состояние (процесс
конденсации). Число молекул пара возрастает до тех пор, пока не будут
достигнуты такие условия, когда число покидающих жидкость молекул за
определенный промежуток времени не станет равным числу возвращающихся в
нее. Между жидкостью и паром установится подвижное равновесие и оно будет
существовать до тех пор, пока не изменится температура или объем системы.
Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным,
а о его давлении говорят как об упругости насыщенного пара.
Давление насыщенного пара не зависит от объема пространства над
жидкостью. Если увеличить объем сосуда, то плотность пара уменьшится. При
этом число молекул, испаряющихся с поверхности жидкости, превысит число
молекул, возвращающихся в нее: возникнет дополнительный поток молекул из
жидкости, и этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока пар и
жидкость снова не придут в равновесное состояние. Разумеется, это
справедливо, если в сосуде жидкости достаточное количество для достижения
насыщения. В противном случае вся жидкость испарится и пар будет
ненасыщенным. Если объем пространства над жидкостью не меняется, а
температура возрастает, то упругость насыщенного пара будет
увеличиваться, так как при более высоких температурах больше молекул
имеют энергию, достаточную для перехода из жидкого состояния в
газообразное. Следовательно, состояние равно-
106
весия будет достигнуто при более высоком давлении. Поэтому кривую
равновесия жидкость - пар (см. рис. 11.1) можно рассматривать и как
кривую зависимости упругости насыщенного пара от температуры.
Следует отметить, что насыщенный пар не является идеальным газом. Поэтому
законы идеального газа для изопроцессов можно применять к ненасыщенным
парам только в случае, если пар далек от насыщения. Для насыщенного пара
использование этих законов приводит к абсурду. Однако уравнение
Менделеева-Клапейрона можно применять для нахождения массы или плотности
насыщенных паров, если известна их упругость и, наоборот, зная массу или
плотность насыщенного пара, можно найти его упругость. Таким образом
уравнение Менделеева-Клапейрона:
pV= - RT, или p^^RT (11.8)
(1 ц
справедливо для конкретной температуры и конкретного объема пара и не
выражает зависимость давления от температуры при постоянном объеме и
давления от объема при постоянной температуре, так как при этом меняется
масса насыщенных паров и их плотность.
Другим видом парообразования является кипение. Кипением называется
парообразование, которое происходит в объеме всей жидкости и при
постоянной температуре.
Выясним особенности процесса кипения жидкости. При нагревании жидкости на
дне и на стенках сосуда образуются пузырьки растворенного в жидкости
воздуха, содержащие также пары жидкости. В момент образования пузырька
суммарное давление воздуха и пара в нем равно внешнему давлению
P=Po + f>gh,
где р0 - атмосферное давление, р gh - гидростатическое давление
вышележащих слоев жидкости (при записи выражения для давления мы
пренебрегли так называемым лапласовским давлением, связанным с кривизной
поверхности пузырька).
При нагревании жидкости давление насыщенных паров в пузырьках возрастает,
поэтому увеличивается объем пузырьков. При достаточно большом объеме
пузырька действующая на него сила Архимеда отрывает его от поверхности
сосуда и поднимает вверх. Если нагрев жидкости осуществляется снизу, то
при подъеме пузырька, вследствие того, что верхние слои жидкости холоднее
нижних, насыщенный пар в нем конденсируется и объем пузырька уменьшается.
Поэтому многие из пузырьков, не достигнув поверхности жидкости,
схлопываются.
Когда температура всей жидкости выравнивается, объем пузырьков при
подъеме будет уже возрастать, так как давление насыщенного пара внутри
пузырька не меняется, а гидростатическое давление уменьшается. При росте
107
размеров пузырька все пространство внутри него заполняется насыщенным
паром. Когда такой пузырек достигнет поверхности, то давление насыщенного
пара в нем практически станет равным атмосферному давлению на поверхности
Предыдущая << 1 .. 37 38 39 40 41 42 < 43 > 44 45 46 47 48 49 .. 178 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed