Эксперимент Ватта

На обоих баллонах установлены манометры, показания которых равны 8 барам, что характерно для насыщенного пара R22 при температуре 20 С. Спустя время (в зависимости от количества жидкости, диаметра трубопровода и разности температур) мы видим, что жидкость оказалась в холодном баллоне, при этом манометры показывают давление 4 бара, что соответствует давлению насыщенного пара R22 при температуре 0 С.

Как можно объяснить подобное явление? Прежде всего, необходимо учесть тот фактор, что жидкости имеют молекулярную структуру. Их молекулы касаются друг друга и скапливаются на дне сосуда с жидкостью. Молекулы газа находятся в непрерывном движении и заполняют собой все пространство (рис. 28.2). Поэтому в эксперименте Ватта молекулы R22 перемещаются из баллона большей температурой в баллон с меньшей, несмотря на то, что соединяющий их трубопровод расположен вверху.

Молекулы газа перемещаются из теплого баллона в холодный, охлаждаясь и конденсируясь в виде жидкости с температурой 0 С. По этой же причине запотевает автомобильное стекло в зимнее время. Поскольку пары конденсируются, их количество над жидкостью с температурой 20 С уменьшается. Давление оставшихся паров снижается, соответственно, сила Fе, которая действует сверху на поверхность жидкости с температурой 20 С (рис.28.3), уменьшается. В результате равновесие между внешней Fe и внутренней силой Fi нарушается, что приводит к испарению жидкости при температуре 20 С до восстановления равенства противоположных сил (рис. 28.4).

Образованные пары из жидкости с температурой в 20 С будут вновь конденсироваться в баллон с температурой 0 С, провоцируя новое падение давления над жидкостью с температурой 20 С. Данный процесс способен повторяться вновь и вновь, пока в баллоне с температурой 20 С не останется ни одной молекулы жидкости. Через некоторое время жидкость полностью окажется в холодном баллоне. При этом ее давление будет равным соотношению между температурой холодного баллона и насыщенного пара для данного хладагента.