что такое скрытая теплота парообразования

Скрытая теплота

Скрытая теплота – энергия, связанная с переменой состояния вещества.

Задача обучения

Основные пункты

Термины

Скрытая теплота

Давайте рассмотрим воду, стекающую с сосулек, плавящихся на крыше под солнечным светом. А также воду, замерзающую в поддоне.

Тепло от воздуха передается льду, что приводит к таянию

Чтобы твердое вещество расплавилось, понадобится определенное количество энергии. Ей придется раздробить связанные молекулы, чтобы обеспечить им перемещение. Также потребуется энергия для испарения. Когда меняется состояние, температура остается той же. Энергия выделяется в виде тепловой, а работа выполняется суммой сил при объединении молекул.

Энергия зависит от двух факторов: количества и силы связей. Число связей выступает пропорциональным количеству молекул, а значит массе. Сила основывается на типе молекул. Теплота вычисляется по формуле:

Q = mL_f (плавление или заморозка).

Q = mL_v (выпаривание или конденсация).

Здесь L_f – скрытая теплота плавления, a L_v – скрытая теплота испарения.

(а) – Энергия расходуется на частичное преодоление сил притяжения между молекулами в твердом теле с трансформацией в жидкость. Она удалится в процесс заморозки. (b) – Молекулы разделены большими дистанциями при переходе от жидкости к пару, поэтому понадобится много энергии, чтобы побороть молекулярное притяжение. Когда меняется состояние, температурный показатель остается прежним

Скрытая теплота – интенсивное свойство, выраженное в Дж/кг. L_f и L_v зависят от вещества, особенно от молекулярных сил. Это коэффициенты скрытого тепла. При перемене состояния энергия поступает и удаляется, не вызывая изменения в температуре, поэтому считается скрытой. Плавление и испарение выступают эндотермическими процессами, потому что поглощают энергию, а замораживание и конденсация – экзотермические, так как выделяют ее.

Энергия связана с изменением состояния. Допустим нам нужно расплавить килограмм льда, чтобы получить килограмм воды при 0°C. Возьмем уравнение для изменения температуры и значения для воды (334 кДж/кг) и получим Q = mL_f = (1.0 кг)(334 кДж/кг) = 334 кДж. Это то количество энергии, которую нужно потратить на плавление воды. Для испарения понадобится еще больше энергии. 1 кг воды перейдет в пар при 2256 кДж.

Этот график показывает, как температура зависит от энергии. Здесь пар не испаряется, пока не нагреется лед, чтобы стать жидкой водой. Длинные отрезки стабильных показателей температуры при 0°C и 100°C отражают значительное скрытое тепло плавления и испарения

Обсуждаемый переход состояний – сублимация (из твердого вещества в пар). Есть также и обратный процесс – осаждение. У сублимации есть собственное скрытое тепло L_s.

Источник

СВОЙСТВА НАСЫЩЕННОГО ПАРА

Что это такое и как им пользоваться

Численные значения параметров теплоты, а также взаимосвязь между температурой и давлением, приведенные в настоящем Руководстве, взять из Таблицы «Свойства насыщенного пара».

Определение применяемых терминов:

Насыщенный пар

Чистый пар, температура которого соответствует температуре кипения воды при данном давлении.

Абсолютное давление

Абсолютное давления пара в барах (избыточное плюс атмосферное).

Зависимость между температурой и давлением

Каждому значению давления чистого пара соответствует определенная температура. Например: температура чистого пара при давлении 10 бар всегда равна 180°С.

Удельный объём пара

Масса пара, приходящаяся на единицу его объёма, кг/м3.

Теплота кипящей жидкости

Количество тепла, которое требуется чтобы повысить температуру килограмма воды от 0°С до точки кипения при давлении и температуре, указанных в Таблице. Выражается в ккал/кг.

Скрытая температура парообразования

Количество тепла в ккал/кг, необходимое для превращения одного килограмма воды при температуре кипения в килограмм пара. При конденсации одного килограмма пара в килограмм воды высвобождает такое же самое количество теплоты. Как видно из Таблицы, для каждого сочетания давления и температуры величина этой теплоты будет разной.

Полная теплота насыщенного пара

Сумма теплоты кипящей жидкости и скрытой теплоты парообразования в ккал/кг. Она соответствует полной теплоте, содержащейся в паре с температурой выше 0°С.

Как пользоваться таблицей

Кроме определения зависимости между давлением и температурой пара, Вы, также, можете вычислить количество пара, которое превратится в конденсат в любом теплообменнике, если известно передаваемое им количество теплоты в ккал. И наоборот, Таблицу можно использовать для определения количества переданной теплообменником теплоты если известен расход образующегося конденсата.

ПАР ВТОРИЧНОГО ВСКИПАНИЯ

Что такое пар вторичного вскипания:

Когда горячий конденсат или вода из котла, находящиеся под определенным давлением, выпускают в пространство, где действует меньшее давление, часть жидкости вскипает и превращается в так называемый пар вторичного вскипания.

Почему он имеет важное значение :

Этот пар важен потому, что в нем содержится определенное количество теплоты, которая может быть использована для повышения экономичности работы предприятия, т.к. в противном случае она будет безвозвратно потеряна. Однако, чтобы получить пользу от пара вторичного вскипания, нужно знать как в каком количестве он образуется в конкретных условиях.

Если воду нагревать при атмосферном давлении, ее температура будет повышаться пока не достигнет 100°С – самой высокой температуры, при которой вода может существовать при данном давлении в виде жидкости. Дальнейшее добавление теплоты не повышает температуру воды, а превращает ее в пар.

Теплота, поглощенная водой в процессе повышения температуры до точки кипения, называется физической теплотой или тепло-содержанием. Теплота, необходимая для превращения воды в пар, при температуре точки кипения, называется скрытой теплотой парообразования. Единицей теплоты, в общем случае, является килокалория (ккал), которая равна количеству тепла, необходимому для повышения температуры одного килограмма воды на 1°С при атмосферном давлении.

Однако, если воду нагревать при давлении выше атмосферного, ее точка кипения будет выше 100°С, в силу чего увеличится также и количество требуемой физической теплоты. Чем выше давление, тем выше температура кипения воды и ее теплосодержание. Если давление понижается, то теплосодержание также уменьшается и температура кипения воды падает до температуры, соответствующей новому значению давления. Это значит, что определенное количество физической теплоты высвобождается. Эта избыточная теплота будет поглощаться в форме скрытой теплоты парообразования, вызывая вскипание части воды и превращение ее в пар. Примером может служить выпуск конденсата из конденсатоотводчика или выпуск воды из котла при продувке. Количество образующегося при этом пара можно вычислить.

Конденсат при температуре пара 179,9 °C и давлении 10 бар обладает теплотой в количестве 182, 1ккал/кг. См. Колонку 5 таблицы параметров пара. Если его выпускать в атмосферу, т.е. при абсолютном давлении 1 бар, теплосодержание конденсата сразу же упадет до 99,7 ккал/кг. Избыток теплоты в количестве 82,3 ккал/кг вызовет вторичное вскипание части конденсата. Величину части конденсата в %, которая превратится в пар вторичного вскипания, определяют следующим образом :

Разделите разницу между теплосодержанием конденсата при большем и при меньшем давлениях на величину скрытой теплоты парообразования при меньшем давлением значении давления и умножьте результат на 100.

Выразив это в виде формулы, получим :

% пар вторичного вскипания

q1 = теплота конденсата при большем значении давления до его выпуска

q2 = теплота конденсата при меньшем значении давления, т.е. в пространстве, куда производится выпуск

r = скрытая теплота парообразования пара при меньшем значении давления, при котором производится выпуск конденсата

% пара вторичного вскипания =

График 2.

Объем пара вторичного вскипания при выпуске одного кубического метра конденсата в систему с атмосферным давлением.

Для упрощения расчетов, на графике показано количество пара вторичного вскипания, которое будет образовываться, если выпуск конденсата будет производится при разных давлениях на выходе

Пар… основные понятия

Влияние присутствия воздуха на температуру пара

Рис. 1 поясняет, к чему приводит присутствие воздуха в паропроводах, а в Таблице 1 и на Графике 1 показана зависимость снижения температуры пара от процентного содержания в нем воздуха при различных давлениях.

Влияние присутствия воздуха на теплопередачу

Воздух, обладая отличными изоляционными свойствами, может образовать, по мере конденсации пара, своеобразное «покрытие» на поверхностях теплопередачи и значительно понизить ее эффективность.

СО₂ в газообразной форме, образовавшись в котле и перемещаясь вместе с паром, может растворится в конденсате, охлажденном ниже температуры пара, и образовать угольную кислоту. Эта кислота весьма агрессивна и, в конечном итоге «проест» трубопроводы и теплообменное оборудование. См. Рис.2. Если в систему попадает кислород, он может вызвать питтинговую коррозию чугунных и стальных поверхностей. См. Рис. 3.

Паровая камера со 100% содержанием пара. Общее давление 10 бар. Давления пара 10 бар температура пара 180°С

Рис.1. Камера, в которой находится смесь пара и воздуха, передает только ту часть теплоты, которая соответствует парциальному давлению пара, а не полному давлению в ее полости.

Паровая камера с содержанием пара 90%

И воздуха 10%. Полное давление 10 бар. Давление

Пара 9 бар, температура пара 175,4°С

Снижение температуры паро-воздушной смеси в зависимости от содержания воздуха

Температура насыщ. пара

Температура паро-воздушной смеси от к-ва воздуха в объему,°С

Источник

Скрытое тепло: плавление, испарение, затвердевание, конденсация

Содержание:

В скрытая теплота Он не ощущается, поскольку представляет собой тепловую энергию, которая выделяется или поглощается во время фазового перехода без увеличения или уменьшения температуры термодинамической системы. Есть несколько типов скрытого тепла, которые регулируются фазовыми изменениями вещества.

Эти эффекты присутствуют в любом процессе, даже в тех, которые происходят при постоянной температуре. Затем наблюдаются два типа тепла, которое может передаваться телу или веществу и окружающей его среде во время процесса, которые регулируются индивидуальными свойствами задействованного вещества: чувствительный и жара скрытый.

Скрытая теплота плавления

Температура, при которой происходит этот переход, называется температурой плавления, а давление принимается равным 1 атм или 101 325 кПа, в зависимости от системы, с которой работает.

Благодаря разнице в межмолекулярных силах молекулы в жидкой фазе имеют более высокую внутреннюю энергию, чем в твердой фазе, поэтому твердым телам требуется положительная энергия (поглощение тепла), чтобы расплавить их и достичь жидкости, в то время как жидкости должны выпустить тепло, чтобы заморозить (затвердеть).

Это изменение энтальпии может быть применено к любому количеству вещества, которое достигает плавления, независимо от того, насколько оно мало, и представляет собой постоянное значение (то же количество энергии), которое выражается в единицах кДж / кг, когда желательно ссылаться на единицы теста.

Это всегда положительная величина, за исключением гелия, который означает, что гелий замерзает при поглощении тепла. Значение скрытой теплоты плавления для воды составляет 333,55 кДж / кг.

Скрытая теплота испарения

Также называется энтальпией испарения, это количество энергии, которое необходимо добавить к веществу в жидкой фазе, чтобы оно перешло в газовую фазу. Это значение является функцией давления, при котором происходит преобразование.

Обычно это связано с нормальной температурой кипения вещества, то есть с температурой кипения, которая имеет место, когда давление пара жидкости равно атмосферному давлению на уровне моря (1 атм).

Теплота испарения зависит от температуры, хотя можно предположить, что она остается постоянной в небольших диапазонах температур и при температурах намного меньше единицы.

Кроме того, важно отметить, что теплота испарения уменьшается при высоких температурах, пока не достигнет так называемой критической температуры вещества, при которой они совпадают. За пределами критической температуры паровая и жидкая фазы становятся неразличимыми, и вещество переходит в сверхкритическое жидкое состояние.

Математически это выражается как увеличение энергии в паровой фазе по сравнению с энергией в жидкой фазе, плюс работа, которая должна быть произведена против атмосферного давления.

Первый член (увеличение энергии) будет энергией, которая потребуется для преодоления межмолекулярных взаимодействий, существующих в жидкости, где вещества с более высокими силами между связями (например, вода) будут иметь более высокие скрытые теплоты испарения (2257 кДж / кг. ), чем те, у которых усилие между звеньями меньше (21 кДж / кг).

Скрытая теплота затвердевания

Таким образом, в термодинамической системе можно сказать, что скрытая теплота затвердевания противоположна теплу плавления, поскольку соответствующая энергия выделяется наружу, когда происходит фазовый переход.

Скрытая теплота конденсации

Что касается энергии каждой молекулы, то в газах она даже выше, чем в жидкостях, поэтому также происходит выделение энергии при переходе от первой фазы ко второй.

При более высоких температурах теплота конденсации уменьшается, а температура кипения повышается.

Источник

СКРЫТАЯ ТЕПЛОТА

Смотреть что такое «СКРЫТАЯ ТЕПЛОТА» в других словарях:

скрытая теплота — Количество тепла, выделяемого или поглощаемого единицей массы, когда физическое состояние вещества изменяется. [http://www.oceanographers.ru/index.php?option=com glossary&Itemid=238] Тематики океанология EN latent heat … Справочник технического переводчика

скрытая теплота — Количество тепла, поглощаемое или выделяемое при изменении физического состояния вещества в условиях постоянной температуры, например, при переходе из твердой фазы в жидкую на точке таяния или от жидкой фазы в парообразную на точке кипения … Словарь по географии

Скрытая теплота — Скрытая теплота теплота, высвобождаемая или поглощаемая термодинамической системой при изменении своего состояния, но не сопровождаемая изменением температуры.[1] Наблюдается при фазовых переходах: плавлении, парообразовании, отвердевании… … Википедия

скрытая теплота — fazinio virsmo šiluma statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Šilumos kiekis, kurio reikia medžiagai izoterminėmis sąlygomis iš vienos fazės virsti kita. atitikmenys: angl. heat of phase transformation; heat of phase… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

скрытая теплота — fazinio virsmo šiluma statusas T sritis chemija apibrėžtis Šilumos kiekis, kurio reikia medžiagai izoterminėmis sąlygomis iš vienos fazės pereiti į kitą. atitikmenys: angl. heat of phase transformation; heat of phase transition; latent heat rus.… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

скрытая теплота — slaptoji šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. latent heat vok. latente Wärme, f rus. скрытая теплота, f pranc. chaleur latente, f … Fizikos terminų žodynas

Скрытая теплота — см. Теплота … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

скрытая теплота кристаллизации — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN latent heat of crystallization … Справочник технического переводчика

скрытая теплота парообразования — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN latent heat of vaporizationHfg … Справочник технического переводчика

Источник

Скрытая теплота испарения

При испарении жидкости из нее переходят в пар наиболее быстрые молекулы, обладающие большей средней кинетической энергией, чем молекулы, остающиеся в жидкости. Отсюда следует, что если испаряющаяся жидкость теплоизолирована, то ее температура будет понижаться. Чтобы температура испаряющейся жидкости не понижалась, к ней необходимо подводить тепло.

Количество тепла, которое необходимо для того, чтобы испарить определенную массу жидкости без изменения ее температуры при внешнем давлении, равном давлению насыщенныхпаров, называетсяскрытой теплотой испарения.Скрытая теплота испарения единицы массы жидкости называется удельной скрытой теплотой испарения.Скрытая теплота испарения одного моля жидкости называется молярной скрытой теплотой испарения.

Скрытая теплота испарения определяется силами связи между молекулами жидкости. Чем эти силы больше, тем больше скрытая теплота испарения.

«Скрытость» скрытой теплоты испарения заключается в том, что она не идет на нагревание жидкости, а идет на совершение работы по отрыву от жидкости молекул, переходящих в пар.

Скрытая теплота испарения в общем случае зависит от температуры, при которой испарение происходит. При критической температуре, когда исчезает различие между жидкостью и ее насыщенным паром, скрытая теплота испарения равна нулю.

Конденсация некоторой массы пара сопровождается выделением такого же количества тепла, которое необходимо для испарения этой массы жидкости. Поэтому скрытую теплоту испарения называют также скрытой теплотой конденсации или скрытой теплотой перехода.

Итак, при фазовом переходе «жидкость-пар», происходящем без изменения температуры системы, внутренняя энергия системы изменяется в результате подвода к системе или отвода от нее скрытой молярной теплоты испарения: внутренняя энергия пара больше, чем внутренняя энергия жидкости той же массы при той же температуре.

Пример 13.3. Скрытая молярная теплота испарения воды при температуре равна . Вычислим, какая часть скрытой теплоты испарения, подводимой к системе «вода-пар», идет на увеличение ее внутренней энергии, если температура системы при испарении не меняется.

Пусть квазистатически испарился один моль воды, превратившись в насыщенный пар, имеющий температуру и давление . Применяя к образовавшемуся пару уравнение состояния идеального газа, имеем:

,

,

где — приращение внутренней энергии системы. Получим:

.

Таким образом, почти вся подводимая к воде скрытая теплота испарения идет на увеличение внутренней энергии системы и лишь мала ее доля идет на совершение системой при ее расширении механической работы.

Задача 13.3. Вода массы , при температуре целиком превратилась в насыщенный пар. Найти приращение энтропии этой системы. .

Ответ: .

13.5. Температурная зависимость упругости насыщенных паров над
жидкостью

Для нахождения зависимости давления насыщенного пара над жидкостью от температуры рассмотрим цикл Карно, совершаемый двухфазной системой, состоящей из жидкости и ее насыщенного пара, рис. 13.1. В ходе цикла система получает тепло от нагревателя, имеющего температуру , и отдает тепло холодильнику, имеющему бесконечно близкую температуру . Цикл состоит из двух адиабатных процессов и двух изотер­мических. Поскольку адиабатные участки цикла и бесконечно малы, то они являются прямолинейными отрезками на графике процесса в координатах , , рис 13.3. Так как при квазистатическом изотермическом процессе давление насыщенного пара не меняется, то изотермы рассматриваемой двухфазной системы являются также ее изобарами (участки и ).

Пусть вначале двухфазная система находится в состоянии и ее температура равна температуре нагревателя . Приведем систему в тепловой контакт с нагревателем и будем медленно поднимать поршень, рис. 13.1, так, чтобы пар оставался насыщенным, до тех пор, пока не испарится один моль жидкости. Давление насыщенного пара на стадии равно .Система окажется в состоянии . В соответствии с определением скрытой молярной теплоты испарения , см подраздел 13.4, система получит на стадии от нагревателя количество тепла

. (13.7)

В точке тепловой контакт с нагревателем прерывается и поршень в условиях теплоизоляции системы поднимается еще на бесконечно малое расстояние, так что пар, давящий на поршень, совершает за счет внутренней энергии системы бесконечно малую работу и температура системы уменьшается на , то есть становится равной температуре холодильника (точка ). Система приводится в тепловой контакт с холодильником и медленным опусканием поршня изотермически сжимается. Давление насыщенного пара на стадии равно . В точке тепловой контакт с холодильником прерывается и дальнейшим бесконечно малым опусканием поршня система адиабатически переводится в исходное состояние . Положительную работу на стадии совершает внешняя сила, сжимающая насыщенный пар. Работа этой силы идет на увеличение внутренней энергии системы и сопровождается повышением температуры от значения до значения .

Работа, совершенная системой в ходе цикла, численно равна площади параллелограмма ,

. (13.8)

где — разность объемов системы в состояниях и . Эта разность объемов соответствует тому, что один моль жидкости на стадии превратился в один моль насыщенного пара,

, (13.9)

где — объем одного моля жидкости, — объем одного моля насыщенного пара.

. (13.10)

С другой стороны, к.п.д. цикла Карно можно выразить через температуры нагревателя и холодильника,

. (13.11)

Из (13.10), (13.11) получим:

. (13.12)

Уравнение (13.12) связывает температуру и давление насыщенного пара и называется уравнением Клапейрона-Клаузиуса.

Пусть температура не слишком близка к критической, так что можно положить

. (13.13)

Применяя к одному молю насыщенного пара уравнение состояния идеального газа

,

получим из (13.12) с учетом (13.13):

. (13.14)

Проинтегрируем последнее равенство, считая, что не зависит от температуры. Имеем:

, (13.15)

где — постоянная интегрирования. Пусть известно давление насыщенного пара при некоторой температуре . Находим из (13.15):

. (13.16)

Вычитая (13.16) из (13.15), получим после потенцирования:

. (13.17)

Задача 13.4. Давление насыщенного пара ртути зависит от температуры по закону

, (13.18)

где , , — постоянные. Найти скрытую молярную теплоту испарения ртути как функцию температуры.

Ответ: .

Указание.Продифференцировать (13.18) и определить . Воспользоваться равенством (13.14).

Дата добавления: 2015-02-05 ; просмотров: 9113 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник