Цель работы. 1. Экспериментальное определение зависимости между давлением и температурой насыщения водяных паров

1. Экспериментальное определение зависимости между давлением и температурой насыщения водяных паров.

2. Изучение фазовых диаграмм p,t-, p,v- и изохорного процесса нагрева воды и водяного пара.

3. Определение количества испаренной жидкой фазы воды, начиная с момента герметизации сосуда, количества теплоты, затраченной на испарение этой воды, и количества теплоты, затраченной на реализацию всего изохорного процесса.

Основные теоретические положения

Вода. Основные понятия, фазовые состояния и процессы ее фазовых переходов

Вода может находиться в трех состояниях: твердая фаза (снег, лед), жидкая фаза (вода), газообразная фаза (пар).

Возможно одновременное существование нескольких фазовых состояний воды при определенных параметрах [1].

Пар, находящийся в равновесном состоянии с жидкой фазой воды, из которой он образовался, называется насыщенным паром, а соответствующие ему температура и давление называются температурой и давлением насыщения.

В случае если над жидкой фазой находится только ее паровая фаза, то давление пара равно давлению жидкости, и они оба находятся в состоянии насыщения и имеют одинаковые давление и температуру (при этом кипения жидкости может и не быть).

Процесс некомпенсированного перехода вещества из жидкой фазы в паровую называется испарением.

Процесс некомпенсированного перехода вещества из твердой фазы в паровую называется сублимацией.

Процесс, противоположный сублимации, т.е. переход воды из паровой фазы непосредственно в твердую, называется десублимацией.

Процесс перехода вещества из жидкой фазы в паровую непосредственно внутри жидкости называется кипением.

Жидкая и паровая фазы воды при кипении находятся в состоянии насыщения и имеют одинаковые давления и температуры.

Любой процесс перехода воды из жидкой фазы в паровую называется парообразованием. Процесс, противоположный парообразованию, т.е. некомпенсированный переход воды из паровой фазы в жидкую, называется конденсацией.

Пар в состоянии насыщения (кипения) называется сухим насыщенным.

Двухфазная смесь "жидкость + пар" в состоянии насыщения называется влажным насыщенным паром.

Поскольку паровая и жидкая фазы воды в состоянии насыщения имеют одинаковые температуры и давления, то для влажного насыщенного пара требуется дополнительная характеристика, позволяющая определить другие его параметры. В качестве такой характеристики вводится понятие степени сухости пара X, представляющее собой отношение массы сухого насыщенного пара m_с.н.п. к общей массе смеси пара и жидкости в состоянии насыщения m_см.=m_с.н.п. + m_ж.с.н. в данном объеме:

. (2.1)

Отношение массы жидкости в состоянии насыщения к массе смеси пара и жидкости в состоянии насыщения называется степенью влажности (1 - х):

. (2.2)

Используя степень сухости пара, можно рассчитать удельный объем и энергетические параметры влажного насыщенного пара по соответствующим параметрам жидкости и пара в состоянии насыщения:

, (2.3)

, (2.4)

, (2.5)

. (2.6)

В формулах (2.3) - (2.6) одним штрихом обозначены параметры воды в состоянии насыщения, а двумя штрихами – сухого насыщенного пара.

Зная один из параметров влажного насыщенного пара в выражениях (2.3) - (2.6), можно найти степень сухости этого пара

. (2.7)

Пар с температурой выше температуры насыщения при данном давлении называется перегретым паром. Разность температур перегретого пара и насыщенного пара того же давления называется степенью перегрева пара.