Главная
Испарение Испарение — это тонкий термодинамический процесс, вызванный медленной передачей теплоты жидкости от окружающей среды. Процесс испарения производит быстрые изменения объема или массы жидкости. Испарение происходит в результате поглощения молекулами жидкости тепловой энергии из окружающей среды вследствие небольшой разницы температур. Данное увеличение энергии соответственно увеличивает кинетическую энергию жидкости. При передаче кинетической энергии в результате столкновений некоторые молекулы около поверхности достигают скоростей, которые намного выше, чем средняя скорость соседних молекул. При приближении некоторых молекул, обладающих высокой энергией, к поверхности жидкости они нарушают связи, преодолевают силу притяжения и переходят в атмосферу как молекулы пара. Парообразование испарением происходит, если давление пара над жидкостью ниже, чем давление насыщения, которое соответствует температуре жидкости. Другими словами, испарение происходит, когда линии давления и температуры пара жидкости пересекаются на линии температуры насыщения в точке ниже атмосферного давления. Данные условия находятся на линии температуры насыщения ниже горизонтальной линии давления пара, которое соответствует температуре жидкости. Объем испаряющейся жидкости непрерывно понижается при отделении молекул от поверхности и внедрении в окружающую атмосферу. После отделения некоторые молекулы пара сталкиваются с другими в атмосфере, передавая часть кинетической энергии. Когда сокращение энергии снижает скорость молекул пара ниже уровня отделения от жидкости, они попадают обратно и таким образом восстанавливают часть потерянного объема. Когда количество молекул, отделяющихся от жидкости, равняется количеству падающих обратно, возникает состояние равновесия. Как только возникает такое состояние, объем жидкости останется неизменным, пока изменения давления пара или температуры не произведут соответствующие изменения интенсивности испарения.
|
|
Кипение Кипение — это процесс интенсивного испарения, который происходит при давлении пара жидкости, равном давлению окружающей среды. Для подъема давления пара до этого уровня необходимо передать жидкости большое количество энергии. Энергия увеличивает температуру жидкости до температуры насыщения. При повышении температуры жидкости увеличивается кинетическая энергия и количество молекул, отделяющихся от жидкости, давление пара у поверхности жидкости также повышается. Молекулы, обладающие высокой энергией у поверхности жидкости, нарушают связи и преодолевают силу притяжения. При подъеме над поверхностью жидкости их масса увеличивается, и давление, действующее на поверхность жидкости, повышает давление пара. Как,только давление пара сравняется с окружающим атмосферным давлением, атмосфера больше не может препятствовать отделению молекул от жидкости, и начинается кипение. Например, чтобы поднять давление пара воды комнатной температуры до атмосферного, температуру жидкости необходимо поднять до 100°С. Такое увеличение температуры поставляет кинетическую энергию, которая отделяет достаточное количество молекул от поверхности жидкости, и их общая масса вызывает давление пара 101,3 кПа. Кипение происходит, когда температура и давление пара жидкости пересекаются с температурой насыщения. Для процесса кипения необходимо непрерывно поставлять дополнительную энергию для поддержания давления пара. Энергия производит необходимое преобразование потенциальной энергии молекул для изменения фазы скрытой теплоты. Кипение характеризуется значительным движением и быстрым возникновением пузырей пара во всем объеме жидкости. Пузыри расширяются и поднимаются к поверхности жидкости в результате разницы плотности жидкости и пара. Пузыри разрушаются у поверхности и выпускают пар в окружающую среду. При разрушении пузырей пара у поверхности жидкости в атмосферу попадают крошечные капельки жидкости. Именно данные капли воды делают пар видимым над сосудом.
|
|
Диаграмма фазового равновесия
|
Диаграмма фазового равновесия Общее у трех видов парообразования — это условия давления и температуры вещества. Диаграмму фазового равновесия используют для того, чтобы определить, какой вид парообразования произойдет при данных условиях. Плавление происходит при передаче энергии, которая побуждает жидкость изменить состояние на твердое или твердое тело изменить состояние на жидкое. Давление пара жидкости — это давление на поверхность молекул с высоким содержанием энергии, которые отделились от жидкости и временно занимают место над жидкостью. Все жидкости теряют молекулы из поверхности, так как они поглощают кинетическую энергию из окружающей среды. Если нет конвекционных потоков, молекулы остаются над поверхностью жидкости. Их масса производит давление на поверхность жидкости. Данную силу называют давлением пара жидкости. Давление пара жидкости влияет на характеристики ее кипения. Жидкость не закипит, пока давление пара не сравняется с давлением окружающей атмосферы. Давление пара жидкости изменяется соответственно молекулярному составу. Жидкости с высоким давлением пара более изменчивы, чем с низким. Высокое давление пара указывает на то, что необходимо очень мало энергии для отделения большого количества молекул от поверхности жидкости. Чем больше количество молекул, оставляющих жидкость, тем выше давление пара на поверхность жидкости. Как только давление пара станет равно атмосферному давлению, жидкость закипит. В этом причина зависимости температуры насыщения вещества от давления окружающей среды. Тройная точка вещества — это значение температуры и давления пара, при которых вещество может одновременно существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях. При любой другой температуре или давлении одно из состояний не способно существовать в равновесии с другими. Тройная точка воды — 0°С при 600 кПа. Тройная точка у различных веществ разная.
|
|
Парообразование Парообразование — это процесс, при котором жидкость или тело изменяют состояние на газообразное. Кипение, испарение и сублимация — это виды парообразования. Состояние вещества и окружающей среды определяют, какой из данных процессов произойдет. Кипение возникает, если температура жидкости равна температуре насыщения. Испарение происходит, если температура жидкости ниже температуры насыщения. Сублимация — это процесс, при котором твердое тело изменяет состояние непосредственно на газообразное. Сублимация имеет место, если температура и давление тела ниже тройной тонки температуры и давления.
|
|
Переохлажденная жидкость Подобные отношения существуют между передачей сухой теплоты и температурой насыщения жидкости. Прежде чем понизить температуру жидкости ниже температуры насыщения, ее необходимо отвести от конденсирующегося пара, так как пар в смеси жидкости и пара действует как источник высокой температуры, непрерывно передавая энергию жидкости. При конденсации пар передает скрытую теплоту парообразования жидкости, поддерживая температуру насыщения. Следовательно, пар и жидкость остаются при температуре насыщения, пока весь пар не изменит состояние. После того, как весь пар конденсируется, отвод теплоты от жидкости уменьшает ее температуру ниже температуры насыщения, которая соответствует давлению пара. При таких условиях жидкость переохлаждается и называется переохлажденной жидкостью. Переохлаждение это процесс передачи сухой теплоты, так как он затрагивает кинетическую энергию молекул жидкости.
|
|
| | << В начало < Предыдущая 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 Следующая > В конец >>
| | Всего 1837 - 1845 из 2437 |
|