Что такое теплота парообразования как рассчитывается единицы измерения

Удельная теплота парообразования — определение, формулы и способы применения

Процесс кипения

Кипение — одна из основных разновидностей интенсивного парообразования, происходящего при повышении температуры жидкости. Нагревание происходит не только на поверхности жидкостного вещества, но и внутри него. Выделившаяся теплота распределяется неравномерно:

  • бо́льшая часть уходит на разделение молекул вещества;
  • меньшая часть тратится на работу, которая осуществляется при расширении частиц пара.

В результате внутренняя энергия газообразного вещества становится намного больше внутренней энергии жидкости.

Сам процесс кипения представляет собой процедуру перехода жидкостного вещества в пар. Для наглядного описания нагревания вещества и его перехода из первого агрегатного состояния в другое используются графики функций. В течение перехода происходит испарение с преобразованием воздушных пузырьков. Размеры пузырьков определяются их собственной формой и местоположением. Если они образовались на дне сосуда, то их величина и единицы определяются смачиваемостью стенок этой ёмкости. Чем более неоднородна поверхность сосуда, тем больше размер пузырьков воздуха.

При превышении допустимых размеров пузырек начинается лопаться. Во время этого процесса образуются разрывы и завихрения. Жидкость, из которой состоит оболочка воздушного пузырька, направляется внутрь. Столбик жидкости выбрасывается вверх, создавая звуковые волны различной частоты. Они сопровождаются обильным шумом. Этот режим кипения именуется пузырьковым.

А также существует пленочный режим кипения. Он наступает при увеличении тепловых потоков до предельно допустимых значений. Вокруг стенок сосуда образуется сплошной слой пара, представляющий собой непрерывную плёнку. Она не способна проводить большое количество тепла. Вся температура скапливается вокруг неё, из-за чего происходит резкое повышение температуры. Подобный эффект можно наблюдать при попадании капель воды на раскалённую поверхность.

В некоторых случаях жидкость может переходить из одного режима кипения в другой. Это может произойти при резком изменении величины теплового потока, возникающего во время передачи внутренней энергии. Если он превысил критическую отметку, устанавливаемую индивидуально для каждого вещества, то пузырьковый режим образования пара автоматически сменяется на пленочный. Обратный процесс происходит при повторном понижении значений теплового потока. На скорость сменяемости режимов также влияет объём нагреваемой жидкости.

Особенности реакции

Процесс парообразования можно подробно рассмотреть на примере кипения воды. Для проведения опыта понадобится 1 л жидкости комнатной температуры. В самом начале эксперимента вода насыщена кислородом. Нагревание следует производить в чайнике или иной ёмкости похожего строения. Для поддержания кипения воды нужно постоянно подводить теплоту. Выделяют следующие стадии кипения:

  1. В начале нагревания начинают образовываться воздушные пузырьки. Они появляются главным образом на дне чайника и поверхности воды рядом с его стенками. Следует отметить, что их образование происходит задолго до процесса кипения. Первая стадия сопровождается негромким скрипящим звуком.
  2. Во время второй стадии происходит увеличение объёма пузырьков воздуха. Со временем их количество начинает повышаться с геометрической прогрессией. Постепенно звук, сопровождающий процедуру парообразования, начинает становиться громче.
  3. Раздутые пузырьки постепенно поднимаются на поверхность со дна чайника. Затем скорость их движения увеличивается. В результате стремительного поднятия пузырьков изменяется цвет воды. Она становится мутной или бледной. Этот процесс именуется «белым ключом». Третья стадия кипения длится в течение минуты. Она сопровождается умеренным шумом.
  4. Последняя стадия парообразования сопровождается интенсивным бурлением воды. Пузырьки окончательно достигают поверхности и начинают постепенно лопаться, выбрасывая маленькие потоки жидкости. Звук становится чрезвычайно громким и неравномерным. Ударные волны начинают устремляться в атмосферы. Отражаясь от стенок чайника, они издают громкий шум, оповещая о том, что вода достигла своей критической точки кипения, которая равняется 100 °C. Стоит отметить, дальнейшее повышение температурного режима не происходит. Если во время эксперимента человек увеличит величину тепловых потоков, то он только сможет усилить интенсивность кипения жидкости, но не температуру.

Зависимость температуры от давления

Процесс парообразования других жидкостей происходят аналогично кипению воды. Единственным отличием являются разные показатели кипения вещества. Температура кипения прямо пропорциональна давлению (при увеличении давления она становится больше, при уменьшении она автоматически понижается). При решении физических задач градус кипения даётся при стандартном атмосферном давлении.

Зависимость температуры кипения от давления лежит в основе работы скороварок. Это приспособление увеличивает атмосферное давление для более быстрого приготовления. Обратный эффект можно наблюдать в горах. На большой высоте величина давления уменьшается в 2 раза, что затрудняет процедуру приготовления еды для альпинистов.

Различие температур кипения жидкостей активно используется при переработке нефти. В её состав входит огромное количество керосина, бензина, мазута и лигроина. При создании нефтепродуктов необходимо отделить компоненты друг от друга. Для этого сырое вещество начинают нагревать. При достижении температуры кипения одна из жидкостей начинает испаряться. Таким образом, отделив лишние элементы, можно сделать состав нефти однородным.

Процесс конденсации

При конденсации газообразное вещество переходит в жидкое состояние. Это явление возникает при условии, что температура вещества ниже температуры кипения. Во время конденсации выделяется столько же энергии, сколько и во время испарения. Примером этого процесса может служить:

  • образование росы;
  • инея;
  • снега или дождя.

Конденсация также может происходить как в плёночном, так и капельном виде. Она способна осуществляться и во время парообразования жидкости. Частицы пара при перемещении над поверхностью жидкости начинают лопаться и возвращаются в жидкое состояние. Если же молекулы пара не вступают в прямой контакт с жидким веществом, то конденсация происходит в результате охлаждения газа в верхних слоях атмосферы.

Капли конденсата начинают объединяться в небольшие скопления. Примером подобного явления является процесс образования облаков на небе.

Предназначение и применение

Важнейшей характеристикой процесса кипения и конденсации является удельная ТП. Она показывает количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг жидкостного вещества в пар. Эта величина рассчитывается без учёта потерь теплоты. Теплоемкость измеряется путём определения количества теплоты, которое было затрачено за период нагревания жидкости до температуры кипения.

В современной физике она обозначается буквой L (лямбда). Измеряется эта характеристика в Дж/кг. В следующей таблице представлены значения удельной теплоты парообразования для основных жидкостей:

Наименование вещества Величина удельной теплоты образования пара Дж/кг
Азот 198000
Алюминий 10900000
Аммиак 1370000
Ацетон 525000
Бензол 394000
Вода 225 000
Водород 454000
Гелий 20600
Двуокись серы 390000
Диметилэфир 467000
Диэтилэфир 384000
Железо чистое 6340000
Золото 1650000
Кислород 213000
Криптон 108000
Медь 4 790000
Метан 510000
Метиловый спирт 1 100000
Неон 86300
Никель 6480000
Олово 2450000
Пентан 360000
Пропиловый спирт 750000
Ртуть 285000
Свинец 8 600000
Сера 290000
Эфир 4105
Углерод 50000000
Фосфор 400000

Удельная теплота преобразования применяется в производственных масштабах. С её помощью происходит создание железных материалов и плавление железа. Когда этот металл находится в жидком состоянии, он обладает кристаллической решёткой. При ее помощи мастер определяет количество теплоты, требуемое для нагревания железа, не влияя на состояние её кристаллической решётки.

В нефтяном секторе также применяется теплота парообразования, характеризующая оборудование для переработки нефти.

В теоретической физике УТП используется преимущественно для решения задач на тепловые явления. Если в условии задания указано, что жидкость достигла своей температуры кипения, то можно найти величину количества теплоты. Согласно формуле, удельная теплота парообразования, умноженная на исходную массу вещества, будет равна количеству теплоты, которое выделилось во время кипения жидкости. В математическом виде формула записывается следующим образом: Q = L * m. Q — количество теплоты (Дж), L — удельная ТП (Дж/кг), m — масса жидкого вещества (кг).

Если в задаче рассматривается процесс конденсации, то для нахождения количества теплоты необходимо применить аналогичную формулу. Ответ записывается с противоположным знаком, но очень часто его не учитывают, указывая лишь модуль полученного числа.

Источник

Удельная теплота парообразования

Удельная теплота парообразования

Удельной теплотой парообразования называется физическая величина равная количеству тепла, которое необходимо потратить, чтобы превратить жидкость массой 1 кг в пар. Обозначают эту единицу латинской буквой L. Формула удельной теплоты парообразования выглядит так:

Q — количество тепла израсходованное на преобразование жидкости в пар, Дж;

m — масса жидкости, кг.

Значения L для разных веществ определяют экспериментально.

Зная L, можно вычислить количество тепла Q, которое необходимо сообщить телу массой m для его полного преобразования в пар:

Рис. 1. Переход жидкого состояния вещества в пар.

В каких единицах измеряется удельная теплота парообразования

Удельная теплота парообразования в СИ (Международная система ) измеряется в джоулях на килограмм, Дж/кг. Для некоторых задач применяется внесистемная единица измерения – килокалория на килограмм, ккал/кг. Напомним, что 1 ккал = 4,1868 Дж.

После достижения точки кипения (температуры кипения) температура не возрастает, хотя тепло непрерывно поступает. Это объясняется тем, что после закипания почти все тепло идет на создание пара — разрыв молекулярных связей и отрыв от поверхности жидкости.

Рис. 2. График зависимости температуры от времени нагрева

Удельная теплота парообразования некоторых веществ

Информацию о значениях удельной теплоты парообразования для конкретного вещества можно найти в технических справочниках или в их электронных версиях на интернет-ресурсах. Обычно они приводятся в виде такой таблицы “Удельная теплота парообразования, L”

Вещество

10 5 * Дж/кг

ккал/кг

Вещество

10 5 * Дж/кг

ккал/кг

Температура кипения зависит от атмосферного давления. Чем ниже давление, тем меньше температура кипения. Например, температура кипения воды равна 100 0 С при нормальном атмосферном давлении, равном 760 мм.рт.ст. А если подняться в горы, на высоту порядка 4000 метров, то точка кипения у воды упадет до 80 0 С.

Рис. 3. График зависимости температуры кипения жидкости от давления.

Что мы узнали?

Мы узнали как определяется удельная теплота парообразования L. С помощью этой величины можно рассчитать количество тепла, требуемого для преобразования определенной массы жидкости в пар. Такие вычисления необходимо производить в промышленности, где в качестве теплоносителя используется пар, например на тепловых электростанциях.

Тест по теме

  • Плавлением
  • Парообразованием
  • Кипением
  • Конденсацией

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 95.

  • Все
  • Литература
  • Русский язык
  • Чтение
  • География
  • Окружающий мир
  • Физика
  • Английский язык
  • Биология
  • Геометрия
  • Алгебра
  • Математика
  • Обществознание
  • Химия
  • Информатика
  • История России
  • История

Не понравилось? — Напиши в комментариях, чего не хватает.

Содержание

  1. Удельная теплота парообразования
  2. В каких единицах измеряется удельная теплота парообразования
  3. Удельная теплота парообразования некоторых веществ
  4. Что мы узнали?

Бонус

  • Удельная теплота плавления
  • Удельная теплота плавления
  • Двигатель внутреннего сгорания Удельная теплота парообразования
  • КПД теплового двигателя
  • Ненасыщенный пар
  • Насыщенный пар
  • Паровая турбина
  • Поглощение энергии при испарении
  • Плавление и отвердевание кристаллических тел
  • Кристаллические и аморфные тела
  • Насыщенные и ненасыщенные пары
  • Давление насыщенного пара

показать все

  1. 1. Капитан Немо 374
  2. 2. Степан Соловьёв 188
  3. 3. Злата Волова 182
  4. 4. Кира А 128
  5. 5. ikki kan 101
  6. 6. Игорь Проскуренко 100
  7. 7. Анастасия Ким 82
  8. 8. Дмитрий Микита 76
  9. 9. Полина Корнева 71
  10. 10. Барбара Ларченко 63
  1. 1. Игорь Проскуренко 22,916
  2. 2. Кристина Волосочева 19,120
  3. 3. Ekaterina 18,721
  4. 4. Юлия Бронникова 18,580
  5. 5. Darth Vader 17,856
  6. 6. Алина Сайбель 16,787
  7. 7. Мария Николаевна 15,775
  8. 8. Лариса Самодурова 15,735
  9. 9. Liza 15,165
  10. 10. TorkMen 14,876

Самые активные участники недели:

  • 1. Виктория Нойманн — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
  • 2. Bulat Sadykov — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
  • 3. Дарья Волкова — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.

Три счастливчика, которые прошли хотя бы 1 тест:

  • 1. Наталья Старостина — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
  • 2. Николай З — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
  • 3. Давид Мельников — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.

Карты электронные(код), они будут отправлены в ближайшие дни сообщением Вконтакте или электронным письмом.

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector