ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. Целью лабораторной работы является экспериментальное нахождение термодинамической зависимости давления воды и насыщенного водяного пара от температуры.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью лабораторной работы является экспериментальное нахождение термодинамической зависимости давления воды и насыщенного водяного пара от температуры.

Задача – провести сравнение экспериментальных данных с расчетными и табличными данными из литературного источника.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При рассмотрении фазовых равновесий важную роль играет правило фаз Гиббса. Оно устанавливает зависимость между числом независимых переменных, определяющих состояние термодинамической системы, находящейся в равновесии (эти независимые переменные называют степенями свободы системы), числом фаз и числом компонент системы:

Y =n – p+ 2,

где Y – число степеней свободы термодинамической системы; n – число компонент системы; p – число фаз в системе.

Система, состоящая из чистого вещества, содержащая две фазы, находящиеся в равновесии между собой, обладает согласно правилу фаз одной степенью свободы; то есть независимыми переменными, полностью определяющими равновесное состояние каждой фазы системы, могут являться, например, давление или температура . Если знаем, например, температуру фазового перехода, то она однозначно определяет собой все другие термодинамические величины каждой из фаз – давление в точке перехода, плотности вещества в каждой из сосуществующих фаз, энтальпии, энтропии и т.д.

Линию фазового перехода можно изобразить на P-T диаграмме, если нанести состояния, соответствующие давлениям и температурам фазового перехода.

Опытами установлено, что каждому давлению соответствует определенная температура кипения данной жидкости (температура ее насыщенного пара), причем, согласно уравнению Клапейрона-Клаузиуса, для всех жидкостей температура кипения возрастает с повышением давления. При этом давление и температура насыщенного пара взаимно определяют одна другую, будучи связаны между собой уравнением общего вида

= f( ) или = f ₁ ( ). (1)

Уравнение (1) в явном виде получают либо приведением к эмпирической формуле результатов опытных наблюдений над данной жидкостью, либо интегрированием уравнения Клапейрона-Клаузиуса, записываемого применительно к фазовому переходу «жидкость-пар» следующим образом:

(2)

где r – удельная теплота парообразования, Дж/кг; – удельный объем насыщенного пара, м³/кг; – удельный объем насыщенной жидкости, м³/кг; – равновесное давление насыщения, Па; – абсолютная температура, К.

Интегрирование уравнения (2) дает, в частности, зависимость при принятых допущениях: , пар подчиняется уравнению Клайперона – Менделеева для невысоких давлений:

(3)

где R – удельная газовая постоянная, Дж/(кг·К); Т ₀ – температура насыщения, К, при атмосферном давлении Р ₀, Па.

Примечание. При атмосферном давлении Р ₀=101325 Па вода кипит при температуре Т ₀=373,15 К, при этом теплота парообразования ее равна r = 2,26·10⁶ Дж/кг. Удельная газовая постоянная для водяного пара R = 461 Дж/(кг·К).

Расчетными зависимостями типа (3) на практике пользуются редко, т.к. для большинства рабочих тел и приводятся в таблицах насыщенных паров.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: