Справочник по физике для поступающих в ВУЗы - Гаевой А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Когда давление внутри пузырьков становится равным давлению над поверхностью жидкости, пузырьки выходят на поверхность жидкости и, лопаясь, выбрасывают пар. Это явление называется кипением жидкости. Таким образом, кипением называется парообразование, происходящее одновременно внутри (в пузырьки воздуха) и с поверхности жидкости. ¦ Процесс кипения осуществляется при температуре, при которой давление насыщающего пара жидкости равно внешнему давлению на ее свободную поверхность. Температура, при которой жидкость кипит, называется' температурой кипения, или точкой кипения. Температура кипения понижается с уменьшением внешнего давления на поверхность жидкости. Температура кипения для различных жидкостей неодинакова и зависит от примесей, находящихся в них. Как правило, температура кипения повышается с увеличением концентрации примеси.
Пузырьки в жидкости играют роль центров парообразования, без которых не может начаться процесс кипения; поэтому при отсутствии таких центров температура жидкости может превысить температуру кипения, а парообразование внутри жидкости — запоздать. Это явление-называется перегревом жидкости.
Количество теплоты, необходимой для превращения жидкости в пар, определяется по формуле
Q = гт.
Коэффициент пропорциональности г называется удельной теплотоЇ парообразования-, для разных жидкостей она различна. Удельная теплота парообразования численно равна количеству теплоты, необ-
133
ходимой для превращения 1 кг жидкости в пар прн температуре кипения (в системе СИ измеряется в дж/кг). Удельная теплота парообразования яля Дайной жидкости уменьшается с повышением температуры. ,
Определяется удельная теплота парообразования опытным путем. Обычно ее находят по теплоте конденсации. Для этого пар вещества, удельную теплоту парообразования которого определяют, впускают в холодную жидкость того же вещества.. Зиая массу жидкости н температуру ее до впускания пара и после, составляют уравнение теплового баланса. Пренебрегая количеством тойоты, идущей в окружающее пространство, получим
Q + Qi = Q.-М2..
где Q — количество теплоты, выделяющейся при конденсации пара; Q1 — количество теплоты, отдавиов жидкостью, которая образовалась из пара; Q2 к Qa — количества теплоты, отданные соответственно жидкости, находящейся в калориметре, и калориметру с мешалкой; или
TfH + ст. (t — в) = Ciml (6 — Z1) +CiZtt3 (в — Z1),
где т, mt и mt*~ соответственно массы пара, жидкости и'калориметра с мешалкой; с, C1 и C1 — удельные теплоемкости жидкости, полеченной из пара, жидкости, находящейся в калориметре, н калориметра; f — температура пара; Z1- начальная температура жидкости и калориметра. Отсюда определяется удельная теплота парообразования
(C1W1 + с2та) (6 — Z1) —emit — 6)
Задача 1. Какое количество теплоты необходимо для превращения т = 5 кг льда, взятого при температуре t= —20° С, в пар, температура которого-100° С?
Решение. Искомое количество теплоты
Q= Qi+ Q2+ Q3+ Q4.
где Qi-Citn(t0 — t) — количество теплоты, затраченной на нагревание льда от температуры t до температуры плавления льда <0; Q* = = Xrn- теплота плавления льда; Q3 = сгт (l? — ?0) — количество теплоты, израсходованное иа нагревание воды, полученной из льда,
134
от O0C до температуры кипения воды fj; наконец, Q4 = гт — теплота парообразования воды. Тогда
Q-(«і Po — 0 + И- с*'M - *e) + rj m;
Q = 1,53 • 10» Йае.
О T в е т. Необходимое количество теплоты Q = 1,53 ¦ IO1 дж. Задача 2. В сосуде Дьюара хранится V = 2л жидкого азота Dftti температуре I =S —195Р С За двое суток весь азот испарился. Определить удельную теплоту испарений азота, если известно, что при температуре I0 *= 0° С в том же сосуде в течение T1 = 45 ч рас* тает щ — 80 г льда. Температура окружающего воздуха J1 = 20° С. Плотность жидкого азота р = 0,8 Zjcus. Считать, что скорость подвода’ тепла внутрь сосуда пропорциональна разности температур снаружи и внутри сосуда.
Решение. -Количество теплоты, поглощенной азртом и льдом, соответственно равно
Q = rm; Q1=X1Wi1.
Эти количества теплоты получены от окружающей среды, и по условию задачи они равны
Q = k (I1-I)-Z-, Q1==Mfi-WV
где к — коэффициент пропорциональности. Приравнивая между собой правые части уравнений, выражающих одно н то же количество теплоты, получим
гт = к (fj — t) т; X1Zn1 = к (I1- <„) T1.
Разделим одно равенство на другое: rm (<i — Q т
Xiffli Ui — <с) tI *
отсюда
^OV-OrX1Zn1
Так как т = pV,
Ответ* Удельная теплота испарения азота г = 1,92 • Vfi джJice.
§ 61. Сжижение газов. Критическая температура
Опытным путем установлено, что не только любой пар, но и газ
можно превратить в жидкое состояние. Переход газов в жидкое со-
стояние называется сжижением газов. Газы — это ненасыщающие пары, поэтому сжиженный газ можно получить таким же путем, как из ненасыщающего пара получают насыщающий, а затем жидкость. Переход газа в жидкое состояние осуществляется понижением его температуры или повышением давления. Одиако существует такая температура, выше которой никаким сжатием (увеличением давления) нельзя перевести газ в жидкое состояние. Эта температура, различная г., 3 для каждого газа, называется
