Дијаграм на преминот на вода во пареа. Фазни состојби и трансформации на водата. Крива на топење мраз VI

Дијаграм на состојби (или фазен дијаграм) е графички приказ на односот помеѓу количините што ја карактеризираат состојбата на системот и фазните трансформации во системот (премин од цврста во течна состојба, од течна во гасовита состојба итн. .).

За еднокомпонентни системи, обично се користат дијаграми на состојби, кои ја покажуваат зависноста на фазните трансформации од температурата и притисокот; тие се нарекуваат дијаграми на состојби во P-t координати.

На сл. 10.1 покажува во шематски облик (без строго почитување на скалата) дијаграм на состојбата на водата. Секоја точка на дијаграмот одговара на одредени вредности на температура и притисок.

Ориз. 10.1.Дијаграм на состојбата на водата во областа на ниски притисоци

Дијаграмот ги прикажува оние состојби на водата кои се термодинамички стабилни при одредени температури и притисоци. Се состои од три криви кои ги ограничуваат сите можни температури и притисоци во три региони што одговараат на мраз, течност и пареа.

Кривата ОА ја претставува зависноста на притисокот на заситената водена пареа од температурата: точките на кривата ги покажуваат оние парови на вредности на температура и притисок во кои течната вода и водена пареа се во рамнотежа една со друга. Кривата ОА се нарекува крива на рамнотежа на течност-пареа или крива на вриење.

ОС крива - цврста состојба - крива на течна рамнотежа, или крива на топење, -ги покажува оние парови на вредности на температура и притисок во кои мразот и течната вода се во рамнотежа.

Крива RH - крива на рамнотежа цврста состојба - пареа, или крива на сублимација.Тоа одговара на оние парови на вредности на температура и притисок во кои мразот и водената пареа се во рамнотежа.

Сите три кривини се сечат во точката О. Координатите на оваа точка се единствениот пар на вредности на температурата и притисокот во кои сите три фази можат да бидат во рамнотежа: мраз, течна вода и пареа. Таа го носи името тројна точка.

Тројната точка одговара на притисок на водена пареа од 0,610 kPa (4,58 mm Hg) и температура од 0,0 GS.

Дијаграмот за водена состојба е важен во развојот на технолошките режими за добивање на прехранбени производи. На пример, како што следува од дијаграмот, ако мразот се загрева под притисок помал од 0,610 kPa (4,58 mm Hg), тогаш тој директно се претвора во пареа. Ова е основа за развој на методи за добивање на прехранбени производи со сушење со замрзнување.

Една од карактеристиките на водата што ја разликува од другите супстанции е намалувањето на точката на топење на мразот со зголемен притисок. Оваа околност се рефлектира во дијаграмот. Кривата на топење OC на дијаграмот на состојбата на водата оди нагоре лево, додека за скоро сите други супстанции оди нагоре десно.

Трансформациите што се случуваат со вода при атмосферски притисок се рефлектираат на дијаграмот со точки или сегменти лоцирани на хоризонталата што одговараат на 101,3 kPa (760 mm Hg). Значи, топењето на мразот или кристализацијата на водата одговара на точката D, вриењето на водата одговара на точката Е, загревањето или ладењето на водата одговара на сегментот DE, итн.

Состојбата на водата е проучена во широк опсег на температури и притисоци. При високи притисоци, утврдено е постоење на најмалку десет кристални модификации на мразот. Најпроучен е мразот I - единствената модификација на мразот пронајдена во природата.

Присуството на различни модификации на супстанцијата - полиморфизам доведува до компликација на дијаграмите на состојби.

Фазен дијаграм на вода во координати Р - Тприкажано на сл.15. Се состои од 3 фазни полиња- области на различни Р, Т- вредности во кои постои вода во форма на одредена фаза - мраз, течна вода или пареа (на сликата означени со буквите L, W и P, соодветно). Овие фазни полиња се одделени со 3 гранични кривини.

Крива AB - крива на испарување, ја изразува зависноста притисок на пареа на течна вода на температура(или, обратно, ја претставува зависноста на точката на вриење на водата од надворешниот притисок). Со други зборови, оваа линија одговара на двофазна рамнотежа.

Течна вода ↔ пареа, а бројот на степени на слобода пресметан од фазното правило е СО= 3 – 2 = 1. Таквата рамнотежа се нарекува моноваријанта. Тоа значи дека за целосен опис на системот, доволно е само да се дефинира една променлива- или температура или притисок, бидејќи за дадена температура има само еден рамнотежен притисок и за даден притисок - само една температура на рамнотежа.

При притисок и температури што одговараат на точките под линијата AB, течноста целосно ќе испари, а овој регион е регион на пареа. За да се опише систем во даден еднофазен регион, потребни се две независни променливи: температура и притисок ( СО = 3 – 1 = 2).

При притисоци и температури што одговараат на точките над линијата AB, пареата целосно се кондензира во течност ( СО= 2). Горната граница на кривата на испарување AB е во точката Б, која се нарекува критична точка (за вода 374,2ºС и 218,5 банкомат.). Над оваа температура, фазата на течност и пареа не се разликуваат (интерфејсот течност/пареа исчезнува), така што Ф = 1.

AC линија - оваа крива на сублимација на мраз (понекогаш се нарекува и линија на сублимација), што ја одразува зависноста притисок на водена пареа над мразот на температура. Оваа линија одговара на моноваријантната рамнотежа мраз ↔ пареа ( СО= 1). Над линијата за наизменична струја се наоѓа областа на мраз, под регионот на пареа.

Линија AD - крива на топење, ја изразува зависноста температура на топење на мразот под притисоки одговара на едноваријантната рамнотежа мраз ↔ течна вода. За повеќето супстанции, линијата АД отстапува од вертикалата надесно, но однесувањето на водата е аномално: течната вода зафаќа помал волумен од мразот. Зголемувањето на притисокот ќе предизвика промена на рамнотежата кон формирање на течност, т.е. точката на замрзнување ќе се намали.

Студиите спроведени од Бриџман за да се одреди текот на кривата на топење на мразот при високи притисоци покажаа дека сите постоечки кристалните модификации на мразот, со исклучок на првата, се погусти од водата. Така, горната граница на линијата AD е точката D, каде што во рамнотежа коегзистираат мраз I (обичен мраз), мраз III и течна вода. Оваа точка е на -22ºС и 2450 банкомат.

Ориз. 15. Фазен дијаграм на вода

Примерот на водата покажува дека фазниот дијаграм не секогаш има толку едноставен карактер, како што е прикажано на сл.15. Водата може да постои во форма на неколку цврсти фази, кои се разликуваат по нивната кристална структура (види Сл. 16).

Ориз. 16. Проширен фазен дијаграм на вода во широк опсег на вредности на притисок.

Тројната точка на вода (точка што ја одразува рамнотежата на три фази - течност, мраз и пареа) во отсуство на воздух е на 0,01ºС ( Т = 273,16К) и 4.58 mmHg. Број на степени на слобода СО= 3-3 = 0 и таквата рамнотежа се нарекува непроменлива.

Во присуство на воздух, трите фази се во рамнотежа на 1 банкомат. и 0ºС ( Т = 273,15К). Намалувањето на тројната точка во воздухот е предизвикано од следниве причини:

1. Растворливоста на воздухот во течна вода на 1 банкомат, што доведува до намалување на тројната точка за 0,0024ºС;

2. Зголемен притисок од 4,58 mmHg. до 1 банкомат, што ја намалува тројната точка за уште 0,0075ºС.

Што ќе правиме со добиениот материјал:

Ако овој материјал се покажа корисен за вас, можете да го зачувате на вашата страница на социјалните мрежи:

твит

Сите теми во овој дел:

Предметот физичка хемија и неговото значење
Односот помеѓу хемиските и физичките појави се изучува со физичка хемија. Оваа гранка на хемијата е граница помеѓу хемијата и физиката. Користење на теоретски и експериментални методи за

Краток преглед на историјата на развојот на физичката хемија
Терминот „физичка хемија“ и дефиницијата за оваа наука првпат ги дал М.В.Ломоносов, кој во 1752-1754 г. им прочитал курс по физичка хемија на студентите на Академијата на науките и го оставил ракописот од овој курс

Енергија. Законот за зачувување и трансформација на енергијата
Составно својство (атрибут) на материјата е движењето; таа е неуништлива, како и самата материја. Движењето на материјата се манифестира во различни форми, кои можат да преминат една во друга. Движете се по мерка

Предмет, метод и граници на термодинамиката
Фокусирајќи го своето внимание на топлината и работата како форми на пренос на енергија во различни процеси, термодинамиката вклучува бројни енергетски зависности во кругот на нејзиното разгледување.

Топлина и работа
Промените во формите на движење за време на неговиот премин од едно тело во друго и соодветните трансформации на енергија се многу разновидни. Формите на транзиција на самото движење и трансформациите на енергијата поврзани со него

Еквивалентност на топлина и работа
Константен еквивалентен однос помеѓу топлината и работата за време на нивните меѓусебни транзиции беше воспоставен во класичните експерименти на Д.П.Џул (1842-1867). Типичен експеримент на Џул е како што следува (

Внатрешна енергија
За некружен процес, еднаквоста (I, 1) не се почитува, бидејќи системот не се враќа во првобитната состојба. Наместо тоа, може да се напишат еднаквостите за некружен процес (изоставувајќи го коефициентот

Првиот закон на термодинамиката
Првиот закон (првиот закон) на термодинамиката е директно поврзан со законот за зачувување на енергијата. Ви овозможува да го пресметате билансот на енергија во текот на различни процеси, вклучително и хемиски.

Равенки на состојби
Многу својства на системот во рамнотежа и неговите составни фази се меѓусебно зависни. Промената на еден од нив предизвикува промена и кај другите. Квантитативни функционални зависности помеѓу

Работење на различни процеси
Под името на работата се комбинираат многу енергетски процеси; заедничко својство на овие процеси е трошењето на системската енергија за надминување на силата што дејствува однадвор. Таквите процеси вклучуваат

Топлински капацитет. Пресметка на топлина на различни процеси
Експерименталното определување на специфичниот (c) или моларен (C) топлински капацитет на телото се состои во мерење на топлината Q апсорбирана кога се загрева еден грам или еден мол од супстанцијата.

Калориски коефициенти
Внатрешната енергија на системот U, како функција на состојба, е функција на независни променливи (параметри на состојбата) на системот. Во наједноставните системи, ќе го разгледаме внатрешниот

Примена на првиот закон за термодинамика на идеален гас
Размислете за идеален гас, т.е. гас чија состојба на еден мол е опишана со равенката Менделеев-Клапејрон:

Адијабатски процеси во гасовите
За термодинамички систем се вели дека е подложен на адијабатски процес ако е реверзибилен и ако системот е термички изолиран така што не се одвива размена на топлина помеѓу системот и системот за време на процесот.

Енталпија
Равенката на првиот термодинамички закон за процеси каде што се врши само експанзивна работа има форма: δQ = dU + PdV (I, 51) Ако процесот се одвива со константа

хемиска променлива. Формулација на првиот закон за термодинамика за процеси придружени со хемиски и фазни трансформации
Равенките (I, 27), (I, 28) и претходно дадените формулации на првиот закон за термодинамика важат за секој затворен систем со рамнотежа, без разлика дали во него се случуваат хемиски или хемиски реакции.

Термохемија. Закон на Хес
За време на хемиските трансформации, се јавува промена во внатрешната енергија на системот, поради фактот што внатрешната енергија на реакционите производи се разликува од внатрешната енергија на почетните супстанции.

Зависност на термичкиот ефект од температурата. Кирхофова равенка
Според Хесовиот закон, можно е да се пресмета топлинскиот ефект на реакцијата на температурата на која се познати жештините на формирање или топлината на согорувањето на сите реактанти (обично 298K). Меѓутоа, често

Спонтани и неспонтани процеси
Од првиот закон на термодинамиката и законите за размена на енергија помеѓу телата кои произлегуваат од него за време на различни процеси, невозможно е да се заклучи дали, општо земено, овој процес е можен и во

Втор закон на термодинамиката
Најчести и секако спонтани процеси се преносот на топлина од жешкото на студеното тело (топлинска спроводливост) и преминувањето на работата во топлина (триење). Вековен живот

Методи за пресметување на промената на ентропијата
Равенките (II, 12) и (II, 13), кои ја одредуваат ентропијата, се единствените почетни равенки за термодинамичка пресметка на промената на ентропијата на системот. Замена на елементарната топлина во равенката

Планковиот постулат
Со равенката (II, 3) е невозможно да се пресмета апсолутната вредност на ентропијата на системот. Оваа можност ја дава нов, недокажлив предлог кој не произлегува од двата закони на термодинамиката, кој беше формулиран

Апсолутни вредности на ентропија
Планковиот постулат се користи во термодинамичкото проучување на хемиските процеси за пресметување на апсолутните вредности на ентропијата на хемиските соединенија - количини кои се од големо значење кога

стандардна ентропија. Промена на ентропијата за време на хемиска реакција
Ентропијата, како и другите термодинамички функции, обично се нарекува стандардна состојба на материјата. Потсетиме дека стандардната состојба се карактеризира со стандардни услови

Статистичка интерпретација на ентропијата
Концептот на ентропија како државна функција се заснова на макроскопски концепт. Валидноста на вториот закон за термодинамика е поврзана со реалноста на неповратните процеси. За разлика од неповратните

Хелмхолц енергија
Потсетиме дека вториот закон на термодинамиката ги дефинира критериумите за спонтано појавување на процеси во изолирани системи. Меѓутоа, таквите услови (недостаток на размена на енергија и материја со животната средина)

Гибсовата енергија
Сакајќи да ги земеме предвид и другите видови на работа, покрај експанзионите, во општа форма, елементарната работа ја претставуваме како збир на експанзионите и другите видови на работа: dW = PdV + dW" (III, 15)

Карактеристични функции. Фундаментални (канонски) равенки на состојбата
Претходно ги утврдивме следните термодинамички функции - својства на системот: внатрешна енергија U, енталпија H, ентропија S, енергија на Хелмхолц F, енергија на Гибс G

Односите на Максвел
Сега разгледајте ги вторите мешани деривати на карактеристичните функции. Земајќи ги предвид равенките (III, 26), можеме да напишеме:

Равенка Гибс-Хелмхолц
Равенката Гибс-Хелмхолц овозможува да се одреди промената на Гибсовата енергија што ги придружува хемиските реакции на која било дадена температура, ако зависноста на топлината на хемиските реакции од

Гибсовата енергија на мешавина од идеални гасови. Одредување на хемиски потенцијал
Гибсовата енергија е обемна функција, што овозможува да се пресмета нејзината вредност за мешавина од идеални гасови. Замислете резервоар поделен со прегради на делови, како што е прикажано

Хемиски потенцијал
За да се разјасни значењето на концептот „хемиски потенцијал“, го разликуваме изразот (III.51) како производ на константа P и T:

Фазни транзиции. Клаузиус-Клапејронова равенка
Во систем кој се состои од неколку фази на чиста супстанција кои се во рамнотежа, можни се транзиции на супстанција од една фаза во друга. Таквите транзиции се нарекуваат фазни транзиции.

Фазни транзиции од првиот вид. Топење. Испарување
Фазни транзиции се карактеризираат со еднаквост на изобарните потенцијали на две фази кои коегзистираат во рамнотежа и нагла промена на првите деривати во однос на енергијата на Гибс (ентропија и волумен) на не

Фазни транзиции од вториот вид
Фазната транзиција од вториот вид е рамнотежна транзиција на супстанција од една фаза во друга, во која само вторите деривати на Гибсовата енергија во однос на температурата и притисокот нагло се менуваат.

Притисок на заситена пареа наспроти температура
Притисокот на заситената пареа на течноста нагло се зголемува со зголемување на температурата. Ова може да се види од Слика 12, која ги прикажува кривите на притисокот на пареата на некои течности кои почнуваат од точките на топење.

Општи услови на рамнотежа
Секој затворен систем во рамнотежа при постојан притисок и температура се карактеризира со врската:

Правило на Гибсовата фаза
Во 1876 година, Гибс извел едноставна формула која го поврзува бројот на фази (F) во рамнотежа, бројот на компоненти (K) и бројот на степени на слобода (C) на системот. Во рамнотежа, треба

Примена на правилото на Гибсовата фаза на еднокомпонентни системи. Дијаграми за состојба на вода и сулфур
За еднокомпонентен систем, K = 1, а фазното правило е напишано како: C = 3 - F Ако F = 1, тогаш C = 2, се вели дека системот е биваријантен;

Дијаграм на фаза на сулфур
Кристалниот сулфур постои во форма на две модификации - ромбична (Sp) и моноклинична (Sm). Според тоа, можно е постоење на четири фази: ромбична, мо

Законот на активните маси. Константа на рамнотежа за реакции на гасна фаза
Да претпоставиме дека се одвива хемиски реверзибилна реакција помеѓу гасовитите супстанции A1, A2 ... Ai, A’1, A’2 ... A’i според равенката:

Изотермна равенка на хемиска реакција
Да претпоставиме дека хемиската реакција се одвива во мешавина од идеални гасови според равенката.Да претпоставиме дека во моментот на примена

Концептот на хемиски афинитет
Од фактот дека некои супстанци реагираат меѓу себе лесно и брзо, други тешко, а други воопшто не реагираат, произлегува претпоставка за присуство или отсуство на посебен хемиски афинитет.

Користење на законот за масовно дејство за пресметување на составот на рамнотежни мешавини
За да се одреди составот на системот во рамнотежа во стабилна состојба и, следствено, приносот на реакциониот производ(и), неопходно е да се знае константата на рамнотежата и составот на почетната смеса. Соединение

Хетерогени хемиски рамнотежи
Законот за масовно дејство е изведен со користење на законот за состојба на идеални гасови и е применлив првенствено за гасните мешавини. Сепак, може да се примени без значителни промени во значајни

Ефект на температурата врз хемиската рамнотежа. Хемиска реакција изобарна равенка
За да ја одредиме зависноста на K0 од температурата во диференцијална форма, ја користиме равенката Гибс-Хелмхолц (III, 41)

Принципот Ле Шателие-Браун
Системот, изваден од состојбата на рамнотежа, повторно се враќа во состојба на рамнотежа. Ле Шателје и Браун наведоа едноставен принцип кој може да се користи за да се предвиди каде, на пример,

Термичка Нернстова теорема
Директна и едноставна пресметка на промената на енергијата на Гибс и, следствено, константите на рамнотежата на хемиските реакции не предизвикува тешкотии ако се познати топлината на хемиската реакција и апсолутните вредности.

Хемиска рамнотежа во неидеални системи
Законот за масовно дејство (V, 5) е применлив, како што веќе споменавме, само за идеални гасови (или идеални решенија). За такви системи, производот на рамнотежа релативни парцијални притисоци е реактивен

Зависноста на енталпијата на супстанциите и термичките ефекти на хемиските реакции од притисокот
Кога ја разгледуваме зависноста на енталпијата од притисокот, го користиме добро познатиот израз за неговиот вкупен диференцијал (III, 27): dH = VdP + TdS

На к n= 1 равенката на фазното правило ќе ја има формата:

C \u003d 3 - F,

Ако има 1 фаза во рамнотежа, тогаш C = 2, велат дека системот биваријантна;

2 фаза C \u003d 1,систем моноваријанта;

3 фаза C \u003d 0,систем непроменлив.

Дијаграм што ја изразува зависноста на состојбата на системот од надворешни услови или од составот на системот се нарекува фазен дијаграм. Односот помеѓу притисокот ( Р), температура ( Т) и волумен ( В) фазите може да се претстават со тридимензионален фазен дијаграм. Секоја точка (наречена фигуративна точка) на таков дијаграм прикажува некаква рамнотежна состојба. Обично е попогодно да се работи со делови од овој дијаграм со авион р - Т(на V = конст) или авион p-V(на Т = конст). Дозволете ни да го анализираме подетално случајот на дел од авион р - Т(на V=конст).

Размислете, како пример, фазниот дијаграм на еднокомпонентен систем - вода (слика 8).

Фазен дијаграм на вода

Фазен дијаграм на вода во координати р - Тпретставено на Сл.8. Составен е од 3 фазни полиња- области од различни ( стр, Т)-вредности во кои постои вода во форма на одредена фаза - мраз, течна вода или пареа (означени на слика 8 со буквите L, W и P, соодветно). За овие еднофазни региони, бројот на степени на слобода е два, рамнотежата е биваријантна ( C \u003d 3 - 1 \u003d 2). Ова значи дека за да се опише системот, две независни променливи -температура и притисок. Овие променливи можат да се менуваат во овие области независно, без промена на видот и бројот на фази.

Фазните полиња се одделени со 3 гранични кривини.

Крива AB - крива на испарување, изразува зависност притисок на пареа на течна вода на температура(или, обратно, ја претставува зависноста на точката на вриење на водата од притисокот). Со други зборови, оваа линија одговара двофазентечна рамнотежа вода-пареа, а бројот на степени на слобода пресметан со фазното правило е C \u003d 3 - 2 \u003d 1. Таков биланс моноваријанта.Тоа значи дека за целосен опис на системот, доволно е само да се дефинира една променливаили температура или притисок. Втората променлива е зависна, таа е дадена со обликот на кривата AB . Така, за дадена температура, постои само еден рамнотежен притисок, или за даден притисок на пареа, само една температура на рамнотежа.

При притисок и температури што одговараат на точките под линијата AB, течноста целосно ќе испари, а овој регион е регион на пареа.

При притисоци и температури што одговараат на точките над линијата AB, пареата целосно се кондензира во течност ( C = 2). Горната граница на AB кривата на испарување е во точката B, која се нарекува критична точка(за вода 374 o C и 218 atm). Над оваа температура, течната и фазата на пареа стануваат неразлични (исчезнува проѕирен интерфејс течност/пареа), па Ф=1.

AC линија- овакрива на сублимација на мраз(понекогаш се нарекува линија на сублимација), што ја одразува зависноста притисок на водена пареа над мразот на температура. Оваа линија одговара моноваријантарамнотежа мраз-пареа ( C=1). Над линијата за наизменична струја се наоѓа областа на мраз, под регионот на пареа.

Линија АД - крива на топење, изразува зависност температура на топење на мразот под притисоки одговара моноваријантарамнотежа мраз-течна вода. За повеќето супстанции, линијата АД отстапува од вертикалата надесно, но однесувањето на водата е аномално: течната вода зафаќа помал волумен од мразот. Врз основа на принципот Le Chatelier, може да се предвиди дека зголемувањето на притисокот ќе предизвика поместување на рамнотежата кон формирање на течност, т.е. точката на замрзнување ќе се намали.

Сл.8.Фазен дијаграм на вода

Студиите спроведени од Бриџман за одредување на текот на кривата на топење на мразот при високи притисоци покажаа дека постои седум различни кристални модификации на мразот, од кои секоја, со исклучок на првата, погуста од водата. Така, горната граница на линијата AD е точката D, каде што мразот I (обичен мраз), мразот III и течната вода се во рамнотежа. Оваа точка е на -22 0 C и 2450 atm.

Тројна точка на вода(точка што ја одразува рамнотежата на три фази - течност, мраз и пареа) во отсуство на воздух е на 0,0100 o C и 4,58 mm Hg. Број на степени на слобода СО=3-3=0 и таквата рамнотежа се нарекува непроменливи. Кога некој параметар се менува, системот престанува да биде трифазен.

Во присуство на воздух, трите фази се во рамнотежа на 760 mm Hg. и на 0 o C. Намалувањето на температурата на тројната точка во воздухот е предизвикано од следниве причини:

1. растворливоста на гасовитите компоненти на воздухот во течна вода на 1 атм, што доведува до намалување на тројната точка за 0,0024 o C;

2. зголемување на притисокот од 4,58 mm Hg. до 1 atm, што ја намалува тројната точка за уште 0,0075 o C.

Прво, да се согласиме дека терминот „вода“ ќе значи H 2 O во која било од можните фазни состојби.

Во природата, водата може да биде во три состојби: цврста фаза (мраз, снег), течна фаза (вода), гасовита фаза (пареа).

Размислете за интеракција на водата без енергија со животната средина, т.е. во рамнотежна состојба.

Пареата е секогаш присутна на површината на мразот или течноста. Контактните фази се во термодинамичка рамнотежа: брзите молекули летаат надвор од течната фаза, надминувајќи ги површинските сили, а бавните молекули преминуваат од фазата на пареа во течната фаза.

Во состојба на рамнотежа, секоја температура одговара на одреден парен притисок - вкупен (ако има само пареа над течноста) или делумно (ако има мешавина на пареа со воздух или други гасови). Пареата која е во рамнотежа со течната фаза од која настанала се нарекува заситена пареа, а температурата што одговара на неа се нарекува температура на заситеност и притисок–притисок на сатурација.

Сега разгледајте ги нерамнотежните состојби на водата:

а) Нека притисокот на пареата над течноста се намали под притисокот на заситеноста. Во овој случај, рамнотежата е нарушена, некомпензирана транзиција на супстанцијата од течна фаза во гасовита фаза се јавува низ интерфејсот поради најбрзите молекули.

Процесот на некомпензиран премин на супстанција од течна во гасовита фаза се нарекува испарување.

Процесот на некомпензиран премин на супстанција од цврста фаза во гасна фаза се нарекува сублимација или сублимација.

Интензитетот на испарување или сублимација се зголемува со интензивното отстранување на добиената пареа. Во овој случај, температурата на течната фаза се намалува поради бегството на молекулите со најголема енергија од неа. Ова може да се постигне без намалување на притисокот, едноставно со дување на протокот на воздух.

б) Нека има снабдување со топлина на течност во отворен сад. Во овој случај, температурата, а со тоа и притисокот на заситената пареа над течноста се зголемува и може да го достигне вкупниот надворешен притисок (Р=Р n). се создаваат услови за формирање на пареа во дебелината на течноста.

Процесот на премин на супстанција од течна фаза во фаза на пареа директно во течноста се нарекува вриење.

Процесот на нуклеација на меурчиња од пареа во најголемиот дел од течноста е сложен. За да зоврие водата, потребно е да има центри на испарување на површината на снабдување со топлина - вдлабнатини, испакнатини, неправилности итн. На грејната површина, за време на вриење, температурната разлика помеѓу водата и заситената пареа при притисокот што преовладува овде зависи од интензитетот на снабдувањето со топлина и може да достигне десетици степени.

Дејството на силите на површинскиот напон на течноста предизвикува прегревање на течноста на меѓупросторот кога таа ќе зоврие за 0,3-1,5 o C во однос на температурата на заситената пареа над неа.

Секој процес на премин на супстанција од течна фаза во фаза на пареа се нарекува испарување.

Процесот спротивен на испарувањето, т.е. некомпензираниот премин на супстанцијата од фаза на пареа во течна фаза се нарекува кондензација.

При постојан притисок на пареа, кондензацијата се јавува (како вриење) на константна температура и е резултат на отстранување на топлината од системот.

Процесот спротивен на сублимацијата, т.е. преминот на супстанцијата од фазата на пареа директно во цврстата фаза се нарекува десублимација.

Потсетете се дека претходно воведените концепти за заситена пареа и температура на заситеност, пренесени во процесот на вриење, ја објаснуваат еднаквоста на температурите на пареата и течноста за време на вриење. Во овој случај, и притисокот и температурата на течната и фазата на пареа се исти.

Течната фаза на водата на нејзината точка на вриење се нарекува заситена течност..

Пареата во точката на вриење (заситеност) се нарекува сува заситена пареа..

Двофазна мешавина од „течност + пареа“ во состојба на заситеност се нарекува влажна заситена пареа.

Во термодинамиката, овој термин се протега на двофазни системи во кои заситената пареа може да биде над нивото на течноста или да претставува мешавина од пареа со течни капки суспендирани во неа. За карактеризирање на влажна заситена пареа, концептот на степенот на сувостX, што е односот на масата на сува заситена пареа, m s.n.p., до вкупната тежина на смесата, m cm \u003d m s.n.p + m zh.s.n, го со течноста во состојба на заситеност:

Односот на масата на течната фаза на водата во состојба на заситеност со масата на смесата се нарекува степен на влажност(1-x):

Снабдувањето со топлина на влажна заситена пареа при постојан притисок доведува до премин на течната фаза на смесата во пареа. Во овој случај, температурата на смесата (заситеноста) не може да се зголеми додека целата течност не се претвори во пареа. Понатамошното снабдување со топлина само на фазата на пареа во состојба на сатурација доведува до зголемување на температурата на пареата.

Пареата над температурата на сатурација при даден притисок се нарекува прегреана пареа. Разлика во температурата на прегреана пареат и заситена пареа со ист притисок t n се нарекува степен на прегревање на пареата Dt p \u003d t -t n.

Со зголемување на степенот на прегревање на пареата, нејзиниот волумен се зголемува, концентрацијата на молекулите се намалува, во однос на неговите својства се приближува до гасовите.

6.2. Фазни дијаграми P, t-, P, v- и T, s за H 2 O

Фазните дијаграми се широко користени за анализа на различни термодинамички процеси на промена на состојбата на H 2 O.

За да се запознаете со фазните дијаграми P, t- и P, v, замислете дека во цилиндар под клипот што создава постојан притисок (сл. 6.1), има мраз на почетна температура t 1. Топлината Q се снабдува преку ѕидовите на цилиндерот, процесот на загревање и фазните транзиции на H 2 O е прикажан на t, Q-дијаграмот. Мразот се загрева до температурата на топење t pl (процес 1а), по што мразот се топи на константна температура и се претвора во вода (aa "), потоа водата се загрева до температурата на вриење (заситеност) t n (a" c ), потоа се одвива процесот на испарување и трансформацијата на водата во сува заситена пареа (vv "), потоа се одвива процесот на прегревање на пареата (v" 2) до температура t 2.

Истиот процес (12) на добивање на прегреана пареа од мраз при константен притисок е прикажан на сл. 6.2 во координатниот систем P,t. Бидејќи процесите на топење (aa") и испарување (vv") се одвиваат на константна температура, на сл. 6.2 се концентрираат во точките a и c. Во дијаграмот P,t, овие точки ја карактеризираат термодинамичката рамнотежа на двофазните мешавини. Геометриски, локацијата на овие точки при различни притисоци и нивните соодветни температури е линијата на фазни транзиции.

Линија AB е линија на фазна транзиција на цврстата и течната фаза. Ова е аномална линија, бидејќи За повеќето супстанции, со зголемен притисок, се зголемува и точката на топење, напротив за водата.

Линијата АК е линија на фазна транзиција на течната и пареа фаза; со зголемување на притисокот, температурата на вриење (заситеност) на водата и пареата исто така се зголемува.

Со намалување на притисокот, разликата помеѓу температурите на топење и заситеност се намалува, а во точката А посочените криви се спојуваат. Оваа точка А се нарекува тројна точка на вода; неговите координати ги одредуваат физичките услови(P o u t o) , во која сите три фази на супстанцијата се во термодинамичка рамнотежа и можат да постојат истовремено. Параметри на тројната точка на водата: т околу = 0,01 o C или 273,16 К И R o \u003d 611,2 Pa .

Кривата наизменична струја која се наоѓа под тројната точка е линијата на фазна транзиција и рамнотежа на цврстата и парната фаза, т.е. линија на сублимација и десублимација. Значи, при притисок што одговара на процесот de, кога цврстата фаза се загрева (de), во точката c, цврстата фаза преминува во пареа - сублимација, додека ладењето (процесот ед) во точката c, пареата преминува во цврстиот фаза - десублимација. Во двата случаи, транзицијата ја заобиколува течната фаза.

Кривите на транзиција на фаза го делат целото поле на P,t-дијаграмот во три зони: лево од линиите BAC, зоната на цврста состојба (мраз), помеѓу кривите VA и KA, течната зона и десно на CAS, зоната на прегреана пареа. Во овој случај, линијата АК завршува на врвот со точката К, одредена од критичните параметри. При притисоци над критичниот, нема видлива фазна транзиција на течноста во пареа.

Водата се однесува на супстанции кои имаат неколку модификации на кристалните фази. Во моментов се познати шест модификации на воден мраз. При притисок постигнат во конвенционалните технички уреди, се добива само една модификација на мразот. Сите други модификации може да се добијат при високи притисоци. За такви супстанции, P,t-дијаграмот има не една, туку неколку тројни точки, бидејќи рамнотежната состојба на повеќе од три фази на чиста супстанција е невозможна. Главната тројна точка на таков дијаграм е онаа во која се одвива рамнотежата на течната, гасната и една од цврстите фази (точка А, сл. 6.2).

За супстанции со нормална шема на промена на волуменот(тие ги вклучуваат повеќето супстанции кои се наоѓаат во природата, но водата не е една од нив.) при постојан притисок, како што температурата се зголемува, волуменот постојано се зголемува. За такви материи, при P=const, волуменот на цврстата фаза е помал од волуменот на течноста, а волуменот на течноста е помал од волуменот на пареата. Во овој случај, промената на волуменот за време на фазната транзиција може да биде претставена на сл. 6.3.

Во точка 1 - цврста фаза со волумен v 1, во точка a - цврста фаза на температура на топење со волумен v t p, во точка a "- течна фаза на температура на топење со волумен v l p, во точка c - течна фаза при температурна сатурација (врие) со волумен v", во точка c" - пареа со температура на заситеност со волумен v", во точка 2 - прегреана пареа со волумен v 2. Односот на волумени v 2 >v">v">v f p >v t p >v 1, т.е. се забележува нормално редовно намалување на волуменот од v 2 - пареа до v 1 - цврста фаза.

Во согласност со оваа правилност, можно е да се конструира фазен дијаграм Р,v за нормална материја(сл.6.4). Ова се врши со спроведување експерименти слични на процесот 12 (сл. 6.3) при различни постојани притисоци, како резултат на кои се добиваат линии на транзиција на фаза за нормална супстанција во дијаграмот P, v (сл. 6.4): DC - цврста фаза на температура на топење; AE - течност на точката на топење; АК - течност на температура на сатурација (точка на вриење, x=0); КL – сува заситена пареа (x=1), ВС – цврста фаза на температура на сублимација.

Лево од линијата SVD е регионот на цврстата состојба; помеѓу линиите VD и AE - цврста фаза + течна; помеѓу линиите AE и AK - течната област; помеѓу линиите АК и КН - течност + пареа; помеѓу линиите CB, BN и NL - цврста + пареа; десно од линијата KL е регионот на фазата на пареа. Хоризонталната BAN одговара на тројната точка на нормалната материја во P,t-дијаграмот.

Фазниот дијаграм T,s изгледа слично на дијаграмот P,v за нормална материја(сл.6.5). Овде, лево од линијата DBC е цврстата фаза, помеѓу линиите BD и AE е двофазната состојба, цврста + течна, помеѓу AE и AK - течна фаза, помеѓу BC и NL - двофазна состојба, цврста + пареа; десно од линијата KL - прегреана пареа; помеѓу АК и КН - двофазна состојба течност + пареаво состојба на заситеност (влажна заситена пареа).

Овие фазни дијаграми не можат целосно да се прошират на вода. Вода– аномална супстанцијаза време на нејзиниот изобаричен премин од течна во цврста состојба, специфичниот волумен на вода се зголемува (мразот лебди на површината на водата). Затоа, во дијаграмот P, v, областа на двофазната состојба мраз + течностделумно надредена на зоната на влажна пареа и течност.

На сл. 6.6 е прикажан на зголемена скала дел од пределот на фазниот дијаграм P,v за вода во зоната на премин на цврстата фаза во течната фаза при ниски температури. Овде хоризонталната линија ABN е изотерма што одговара на тројната точка на водата во P,t-дијаграмот. Вертикалата AE е изотерма што одговара на температурата на тројната точка за течноста, а вертикалата BD е истата ледена изотерма. Помеѓу нив е зона на двофазна состојба течност + мраз.

Кривата AMNL ја претставува линијата на течноста на температура на сатурација (x=0). Со зголемување на притисокот и температурата, почнувајќи од вредностите на тројната точка на водата А, специфичниот волумен на вода што врие прво се намалува, достигнувајќи минимум во точката М (околу 4 ° C и 800 Pa), а со понатамошно зголемување на притисокот и температурата, специфичниот волумен на зовриена вода постојано се зголемува. На температура од околу 8 ° C (точка N), достигнува специфичен волумен во точката А, а две изотерми на течноста (0 и 8 ° C) се совпаѓаат на вертикалната NE. Слично на тоа, над линијата MN, вертикалите ќе одговараат на две изотерми на течната фаза на водата. Како што споменавме порано, течноста е слабо компресибилна фаза, затоа, во водениот регион, изотермите се речиси вертикални прави линии.

Цврстата фаза на водата е исто така слабо компресибилна; изотермите за мраз во P,v-дијаграмот се практично прави вертикални линии. Покрај тоа, волуменот на цврстата фаза на 0 ° C е блиску до волуменот на мразот во состојба на топење на температури под 0 ° C, а волуменот на течната фаза на 0 ° C е блиску до волуменот на течноста во состојба на сатурација при негативни температури. Зависноста на промената на точката на топење на мразот од притисокот е слабо изразена во споредба со промената на температурата на заситеноста на притисокот, така што на -20 ° C мразот се топи на притисок од 187,3 MPa, а на +20 ° C водата врие на притисок од 2,33 kPa. Сето горенаведено ни овозможува да прифатиме изотерми 0 ° C за течност - линија AE - и мраз во состојба на топење - BD во P, v-дијаграм - како гранични кривини помеѓу течната фаза, двофазната состојба мраз + течности цврста фаза за сите притисоци над притисокот од тројна точка на водата. Во овој случај, во температурен опсег помал од 0 ° C, цврстата фаза ќе биде лево од линијата BD, а течната фаза ќе биде лево од линијата AE, бидејќи како што се намалува температурата, волуменот и на течната и на цврстата фаза се намалува, а притисокот на топење на мразот е поголем од притисокот на тројната точка на водата. Сепак, овие отстапувања во рамките на притисоците што се користат во практиката се многу мали.

Линијата на фазна транзиција на мразот директно во пареа (линијата на сублимација) се наоѓа на притисоци под притисокот на тројната точка - линијата BC. На оваа линија, како што се намалува притисокот, температурата на мразот и неговиот волумен се намалуваат. Лево од линијата BC е само цврстата фаза, десно - цврста + пареа.

Како резултат на тоа, фазниот дијаграм P,v за вода ја има формата прикажана на сл. 6.7, а. Овде, лево од линијата CBD е цврстата фаза на водата, лево од линијата АК е течната фаза на водата, а помеѓу линиите EABD е двофазната состојба течност + мраз, помеѓу CBNL линии - двофазна состојба мраз + пареа, над линијата KL - прегреана пареа. Поради аномалните својства на водата, постои преклопување на области со различни фазни состојби на водата во дијаграмот P, v: областа на двофазна состојба мраз + течност EABD е надредена на течниот регион EAMD и на двофазниот регион на состојбата течност + пареа AMBA, покрај тоа, има преклопување на површината на цврстата фаза лево од линијата BD. Треба да се напомене дека сликата на овие региони на Сл. 6.7, но за поголема јасност, зголемена, а не за скала. Во реалноста, волумените на течност и мраз се многу помали отколку во точките А и Б; во исто време, со намалување на температурата и зголемување на притисокот, волуменот на овие фазни состојби се намалува, т.е. Лево од линијата AE, течниот регион се зголемува со зголемување на притисокот, а цврстата фаза, која е лево од линијата AE, не може да се наоѓа лево од течната фаза на водата при негативни температури.

За да се илустрира суперпозиција на различни фази на вода во P, v-дијаграмот на сл. 6.7, a, b прикажува две изотерми (испрекинати линии) со температура поголема од (t> t o) и помала (t

Изотермата 1234 има температура помала од 0 ° C и поминува во дијаграмот P, v на линијата 12 во течниот регион, на линијата 22 "- во регионот на двофазна состојба течност + мраз, на линија 2"3 - во областа на мраз, на линија 33" - во областа на двофазна состојба мраз + пареа, на линија 3 "4 - во областа на прегреана пареа.

Изотермата 567 има температура поголема од 0 ° C и поминува во дијаграмот P, v на линијата 56 во течниот регион, на линијата 66 „во регионот на двофазна состојба течност + пареа, на линија 6 „7 - во областа на прегреана пареа.

Пресечните точки на овие изотерми во P,v-дијаграмот укажуваат на суперпозиција на различни фазни состојби на водата една врз друга. Во овие точки, овие фазни состојби имаат исти специфични волумени при исти притисоци и различни температури. Значи течноста на изотермата 56 има ист специфичен волумен со течност + мразсо една од точките на 22" изотермата, а мразот на изотермата 2"3 има ист волумен со течност + пареаод една од точките на изотермата од 66 инчи.

При конструирање на фаза T,s-дијаграм на вода, референтната точка на ентропијата се избира на параметрите на тројната точка на водата (t o =0,01 o C и P o =611,2 Pa) за течност во состојба на заситеност (x =0).

Во иднина, поради малата разлика во температурата на тројната точка на водата од 0 ° C, главно ќе се користи вредноста од нула степени Целзиусови (тоа значи температура на тројната точка на водата).

Ентропиите на течната фаза на водата на температура од 0 ° C за различни притисоци (од притисокот на тројната точка на водата и повеќе) ќе имаат речиси исти нумерички вредности блиску до нула. Еднаквоста на ентропиите на течната фаза на водата на 0 ° C и различните притисоци се објаснува со слабата компресибилност на течната фаза на водата. Бидејќи ентропијата, како и секој параметар на состојбата, се одредува со два независни параметри на состојбата, тогаш еднаквоста на температурите и специфичните волумени на течност на изотермата од 0 ° C ќе одговараат на еднаквоста на енропиите во овие точки. Отстапувањата на нумеричките вредности на ентропијата во овие точки од нула се илјадити дел од 1 kJ/(kg·K). Врз основа на горенаведеното, изотермата на течната фаза на водата 0 o C во T, s-дијаграмот ќе ја претставува точката А (сл. 6.8, а).

Специфичната топлина на топењето на мразот е позитивна вредност, така што на 0 ° C е 335 kJ / kg, затоа точката Б, што одговара на цврстата фаза на температурата и притисокот на тројната точка на водата, ќе биде лево од точка А, т.е. со негативна вредност на ентропија.

Аномалните својства на водата ќе ја променат природата на нејзиниот фазен дијаграм T,s во споредба со T,s дијаграмот за нормална супстанција во регионите на течна, цврста и рамнотежна двофазна цврста + течнаИ цврста + пареадржавите. Прво, овие области ќе бидат под тројната точка изотерма на водата, како мразот може да постои само на температури помали од (или еднакви на) 0 o C. Второ, тие ќе бидат надредени на областа на сублимација, каде што цврстата и парната фаза се наоѓаат истовремено. Течната фаза на водата може да биде и на температури под 0 ° C, т.е. на овие температури, повторно ќе има преклопување во Т, s-дијаграмот на регионот на течната фаза на регионот на двофазни состојби течност + мразИ пареа + мраз.

Позитивната специфична топлина на топењето на мразот и негативните (во степени Целзиусови) температури за време на фазната транзиција од мраз во течност ја објаснуваат локацијата на граничните линии на фазните транзиции: BC е линијата на сублимација, AE е линијата на течноста на температурата на топење , BD е линијата на мразот на температурата на топење (сл. .6.8, а). Природата на линиите за транзиција на фаза во овој регион се објаснува со зависноста на изобарниот топлински капацитет на течноста и мразот од притисокот (линии со помал топлински капацитет во дијаграмот T, s се поостри од линиите со поголем топлински капацитет). Линијата за сублимација BC е порамна од линијата HP, бидејќи изобарниот топлински капацитет на мразот се зголемува со намалување на притисокот, а при истите температури, притисокот на линијата BC е помал од притисокот на линијата HP. За возврат, линијата VD е поостра од линијата AE, бидејќи при исти температури изобарниот топлински капацитет на мразот е помал од топлинскиот капацитет на течноста.

Фазата T,s-дијаграм за вода ќе биде претставена на сл. 6.8, а. Лево од линијата KAE ќе има површина на течна фаза на вода, помеѓу линиите DBAE - област на двофазна состојба течност + мраз, помеѓу линиите T за BD - областа на цврстата фаза, помеѓу линиите CBNL - областа цврста фаза + пареа, над линијата KL е областа на прегреана пареа. Двофазна државна област течност + мраз DBAE е надредена на областа на двофазна состојба мраз + пареа CBNL.

За возврат, на регионот на двофазната состојба пареа + мраз CBNL го прекрива ледениот регион CBD. Покрај тоа, на регионот на мраз и двофазни состојби мраз + пареаИ течност + мразнадредената површина на течноста лево од линијата AE. На линија BD има површина на мраз во состојба на топење, на линија AE - течности на температура на топење, на линија BC - област на сублимација, граница помеѓу мразот и траект + мраз, на линијата АК - областа на течност во состојба на заситеност, на линијата KL - сува заситена пареа. За да се визуелизираат фазните трансформации на водата во Т, s-дијаграм на сл. 2.8, а испрекината линија покажува изобари со притисок поголем од (P> P o) и помал (P<Р o), чем давление в тройной точке воды. Те же изобары показаны на рис. 6.8, б в Р,t- диаграмме.

Во иднина, главното внимание ќе се посвети на својствата на течните и парните фази на водата на температури поголеми или еднакви на 0 ° C. Затоа, во фазните дијаграми, ќе ги отсликаме само овие области, т.е. во пракса, ова е десната страна во однос на вертикалата извлечена низ точката А. Во овој случај, во дијаграмот P, v, изотермата 0 ° C во течниот регион може да се смета како лева гранична крива на течноста фаза, бидејќи тоа е речиси вертикално. Во T,s-дијаграмот како референтна точка на ентропијата се земени параметрите на тројната точка на течната фаза на водата. Бидејќи волуменот на течната фаза на водата на 0 o C е практично еднаков на неговиот волумен во тројната точка, а температурата на тројната точка на водата е многу блиску до 0 o C, константноста на овие два параметри ќе даде постојана вредност на ентропијата на течната фаза на водата при различни притисоци и t = 0 o C Така, сите изобари во областа на течната фаза на водата ќе излезат од точката А во T, s-дијаграмот.

Така, главните линии и процеси за течните и парните фази на водата во P, v-дијаграмот може да бидат претставени на сл. 6.9. Овде, субкритичните изотерми во течниот регион (12) се блиску до вертикални прави линии со мало поместување налево. Во регионот на влажна пареа (23), изотермата се совпаѓа со изобарот на заситеност. Во областа на прегреана пареа (34), изотермата претставува надолна конвексна крива. Критичната изотерма има точка на флексија во критичната точка. Изотермите при t > t cr може да имаат и точка на флексија, која исчезнува при високи температури.

Линиите на постојани ентропии се криви конвексни надолу. Покрај тоа, линиите с< s кр пересекают только линию x = 0, а линии s >s cr ја сече само правата x = 1.

Конструкцијата на правите x=const одговара на односот на отсечки:

Специфичниот волумен на течност е многу различен од специфичниот волумен на сува заситена пареа. Значи, во тројната точка на вода, течноста (точка А) има v o "= 0,00100022 m 3 / kg, а пареа - v o" = 206,175 m 3 / kg, во критичната точка v cr = 0,003147 m 3 / kg. При притисок од 1 бари, v"=0,0010434 m 3 /kg и v" = 1,6946 m 3 /kg. Како резултат на тоа, линијата x=0 е поостра од линијата x=1.

Сликата на T, s-дијаграмот за течните и парните фази на водата со цртање линии на главните процеси и параметри ќе биде дадена по детално проучување на термодинамичките својства на течните и парните фази на водата.

Средната состојба на материјата помеѓу состојбата на вистински гас и течност обично се нарекува испарливиили едноставно траект.Трансформацијата на течноста во пареа е фазна транзицијаод една збирна состојба во друга. За време на фазната транзиција, се забележува нагла промена во физичките својства на супстанцијата.

Пример за такви фазни транзиции е процесот вриењетечности со влажна заситена пареаи неговата последователна транзиција кон без влага сува заситена пареаили обратен процес на вриење кондензацијазаситена пареа.

Едно од главните својства на сувата заситена пареа е тоа што понатамошното снабдување со топлина до неа доведува до зголемување на температурата на пареата, т.е. нејзино преминување во состојба на прегреана пареа, а отстранувањето на топлината доведува до премин кон состојбата на влажна заситена пареа. ВО

Фазни состојби на вода

Слика 1. Фазен дијаграм за водена пареа во T, s координати.

РегионЈас- гасовита состојба (прегреана пареа, која има својства на вистински гас);

РегионII– рамнотежна состојба на вода и заситена водена пареа (двофазна состојба). Регионот II се нарекува и регион на испарување;

РегионIII- течна состојба (вода). Регионот III е ограничен со EK изотермата;

РегионIV– рамнотежна состојба на цврсти и течни фази;

РегионВ– цврста состојба;

Регионите III, II и I се одвоени гранични линииАК (лева линија) и КД (десна линија). Заедничката точка К за граничните линии AK и KD има посебни својства и се нарекува критична точка. Оваа точка има параметри стркр, vкрИ Т кр, при што врелата вода поминува во прегреана пареа, заобиколувајќи го двофазниот регион. Затоа, водата не може да постои на температури над Tcr.

Критичната точка К има параметри:

стркр= 22.136 MPa; vкр\u003d 0,00326 m 3 / kg; ткр\u003d 374,15 ° С.

Вредности стр, т, vИ сза двете гранични линии се дадени во посебни табели за термодинамички својства на водената пареа.

Процесот на добивање на водена пареа од вода

На сликите 2 и 3 се прикажани процесите на загревање на водата до вриење, испарување и прегревање на пареата во стр, v- И Т, с- дијаграми.

Почетна состојба на течна вода под притисок стр 0 и со температура од 0 °C, е прикажано на дијаграмите стр, vИ Т, сточка А. Кога топлината се снабдува на стр= const неговата температура се зголемува и специфичниот волумен се зголемува. Во одреден момент, температурата на водата достигнува точка на вриење. Во овој случај, неговата состојба е означена со точка б.Со дополнително снабдување со топлина, испарувањето започнува со силно зголемување на волуменот. Во овој случај, се формира двофазен медиум - мешавина од вода и пареа, наречена влажна заситена пареа. Температурата на смесата не се менува, бидејќи топлината се троши на испарување на течната фаза. Процесот на испарување во оваа фаза е изобарно-изотермичен и на дијаграмот е означен како пресек п.н.е. Потоа, во одреден момент во времето, целата вода се претвора во пареа, наречена сува заситена. Оваа состојба е означена на дијаграмот со точка. в.

Слика 2. P, v дијаграм за вода и пареа.

Слика 3. T, s дијаграм за вода и пареа.

Со дополнително снабдување со топлина, температурата на пареата ќе се зголеми и ќе продолжи процесот на прегревање на пареата. в - г. точка гозначува состојба на прегреана пареа. Точка растојание год точката Созависи од прегреаната температура на пареата.

Индексирање за означување на количини поврзани со различни состојби на вода и пареа:

• вредноста со индекс „0“ се однесува на почетната состојба на водата;
• вредноста со индекс „′“ се однесува на вода загреана до точката на вриење (заситеност);
• вредноста со индекс „″“ се однесува на сува заситена пареа;
• вредност со индекс " x» се однесува на влажна заситена пареа;
• вредноста без индекс се однесува на прегреана пареа.

Процес на испарување при поголем притисок p1 > p0може да се забележи дека поентата а,претставувајќи ја почетната состојба на водата на температура од 0 ° C и нов притисок, останува практично на истата вертикала, бидејќи специфичниот волумен на вода е речиси независен од притисокот.

Точка б'(состојбата на водата при температура на сатурација) се поместува надесно за стр, v-табела и се искачува нагоре Т, с-Дијаграм. Тоа е затоа што како што се зголемува притисокот, така се зголемува и температурата на заситеноста, а со тоа и специфичниот волумен на вода.

Точка в(состојба на сува заситена пареа) се поместува налево, бидејќи со зголемување на притисокот, специфичниот волумен на пареа се намалува и покрај зголемувањето на температурата.

Поврзување на повеќе точки бИ впри различни притисоци дава долни и горни гранични кривини акИ kc.Од стр, v-дијаграмот покажува дека како што се зголемува притисокот, разликата во одредени волумени v″И v'се намалува и при одреден притисок станува еднаков на нула. Во оваа точка, наречена критична точка, граничните криви се спојуваат акИ kc.Состојба што одговара на точка к, се нарекува критички.Се карактеризира со тоа што со него, пареата и водата имаат исти специфични волумени и не се разликуваат по својствата едни од други. Регионот лежи во криволинеарен триаголник bkc(В стр, v-дијаграм), одговара на влажна заситена пареа.

Состојбата на прегреана пареа е претставена со точки што лежат над горната гранична крива kc.

На Т, с-Табела област 0 стомачни мускулиодговара на количината на топлина потребна за загревање на течната вода до температура на сатурација.

Количината на испорачаната топлина, J / kg, еднаква на топлината на испарување r,изразени по површина s'bcs,и ја има врската:

р = Т(s″ - s′).

Количината на топлина обезбедена во процесот на прегревање на водена пареа е претставена со површината s″cd.

На Т, с- дијаграмот покажува дека како што се зголемува притисокот, топлината на испарувањето се намалува и станува еднаква на нула во критичната точка.

Вообичаено Т, с-дијаграмот се користи во теоретските студии, бидејќи неговата практична употреба е многу попречена од фактот што количините на топлина се изразуваат со областите на криволинеарни фигури.

Врз основа на материјалите од моите белешки за предавање за термодинамика и учебникот „Основи на енергијата“. Автор Г. Ф. Бистрицки. 2. ed., rev. и дополнителни - М.: КНОРУС, 2011. - 352 стр.