Досега сме разгледали първия закон на термодинамиката по отношение на газове. Отличителна черта на газ е, че нейният обем може да се промени значително. Следователно, според първия закон на термодинамиката, предаван от газ, количеството топлина Q е равно на количеството на перфектния газ на работа и промените в нейната вътрешна енергия:

Q \u003d ΔU + a

В този параграф ще разгледаме случаите, когато определено количество от доклади за топлината течност или твърдо вещество. Когато се нагрява или охлажда, те леко се променят по обем, следователно, извършената от тях работа обикновено се пренебрегва. Следователно, за течности и твърди вещества, първият закон на термодинамиката може да бъде написан като

Простотата на това уравнение обаче е измама.

Факт е, че вътрешната енергия на тялото е само общата кинетична енергия на хаотичното движение на компонентите на частиците му само когато тялото е перфектен газ. В този случай, както вече знаем, вътрешната енергия е пряко пропорционална на абсолютната температура (§ 42). В течности потенциалната енергия на взаимодействието на частиците играе голяма роля в течности и в твърди тела. И тя, като опис, може да се промени дори при постоянна температура!

Например, ако предаваме някаква топлина на сместа от вода с лед, след това температурата му ще остане постоянна (равна на 0 ° С), докато целият лед се разтопи. (Поради тази причина е, че температурата на топенето и приемането на лед и прието в един момент като отправна точка при определяне на скалата по Целзий.) В този случай получената топлина се консумира за увеличаване на потенциалната енергия на взаимодействието на молекулите: да се обърне Кристалът в течност е необходимо да се харчи енергия за унищожаване на кристалната решетка.

Подобно явление се появява при кипене: ако предаваме определено количество вода с вода при точка на кипене, температурата му ще остане постоянна (равна на 100 ºС при нормално атмосферно налягане), докато цялата вода се появи. (Следователно, тя е избрана като втора отправна точка за мащаба по Целзий.) В този случай получената топлина също се изразходва за увеличаване на потенциалната енергия на взаимодействието на молекулите.

Може да изглежда странно, че потенциалната енергия на взаимодействието на молекулите в двойка е по-голяма, отколкото във вода. В крайна сметка, газовите молекули почти не взаимодействат помежду си, така че потенциалната енергия на тяхното взаимодействие е естествено взета за нулево ниво. Така че ела. Но тогава потенциалната енергия на взаимодействието на молекулите в течността трябва да се счита за отрицателна.

Такъв признак за потенциална енергия на взаимодействие е характерен за привлекателни тела. В този случай, за увеличаване на разстоянието между телата, трябва да работите, т.е. увеличете потенциалната енергия за тяхното взаимодействие. И ако след това става равно на нула, това означава, че това е отрицателно преди това.

Така че, трябва да се вземат предвид промяната в състоянието на течности и твърди вещества, когато общуват с определено количество топлина, като се вземат предвид възможността за промяна на тяхното съвкупно състояние. Промените в съвкупното състояние се наричат \u200b\u200bфазови преходи. Това е превръщането на твърдо тяло в течност (топене), течност в твърдо тяло (втвърдяване или кристализация), течности по двойки (изпаряване) и пара в течност (кондензация).

Законът за опазване на енергията в термични явления, който се извършва с течности и твърди тела, се нарича уравнение на топлината.
Помислете за уравнението на топлинния баланс, първо за случая, когато се извършва топлообмен между два тела, и техният топлообмен с други тела може да бъде пренебрегнат (калориметри се използват за създаване на такива условия - плавателни съдове, които осигуряват топлоизолация на тяхното съдържание).

Ще приемем (както мислехме по-рано за газове), количеството топлина, предавано от организма, е положително, ако, поради това, вътрешната енергия на тялото се увеличава и отрицателна, ако вътрешната енергия намалява. В този случай уравнението на термичния баланс има формата

Q 1 + Q 2 \u003d 0, (1)

където q 1 е количеството топлина, предавано от първото тяло от втората страна, и q2 е количеството топлина, предавана от второто тяло от първата страна.

От уравнение (1) може да се види, че ако едно тяло се затопли, тогава друго тяло го дава. Да речем дали q 1\u003e 0, след това q2< 0.

Ако топлообменникът възникне между N телата, уравнението на термичния баланс има формата

Q 1 + Q 2 + ... + Q n \u003d 0.

2. Уравнение на термичния баланс без фазови преходи

Ние ще разгледаме хомогенно тяло, което е, което се състои изцяло от вещество (например, някаква маса вода, стомана или меден бар и др.). Помислете първо случая, когато съвкупното състояние на тялото не се промени, т.е. преходът на фазата не се случва.

От хода на основните физици на училището знаете, че в този случай количеството на топлината, предавано от тялото, е пряко пропорционално на масата на тялото m и промяната в неговата температура ΔT:

В тази формула Q и Δt могат да бъдат както положителни, така и отрицателни стойности.

Входящи в тази формула стойността на С се нарича специфична топлинна мощност на веществото, от която се състои тялото. Обикновено температурата на скалата по Целзий се използва в предизвикателствата на топлинния баланс. Ще го направим и това.

1. Фигура 48.1 показва зависимостта на температурата на двата тела от количеството, което им се прехвърля. Q. Маса на всяко тяло 100 g.

А) кой орган е специфичният топлинен капацитет и колко пъти?
б) Какъв е специфичният топлинен капацитет на всяко тяло?

2. В калориметър, съдържащ 150 g вода при температура 20 ºС, метален цилиндър е потопен от вряща вода. Специфичният топлинен капацитет на водата е 4.2 kJ / (kg * k). Моля, приемете, че топлинните загуби могат да бъдат пренебрегнати.
а) Обяснете защо уравнението е вярно

c m m m (t - 100º) + с m в (t до - 20º) \u003d 0,

където C m и CB са стойностите на топлинния капацитет на този метал и вода, съответно, m m и MB - стойностите на масата на цилиндъра и водата, съответно, TK е стойността на крайната температура на съдържанието на калориметъра, когато се установи термично равновесие.

б) Кой от двата компонента в горната формула е положителен и какво - отрицателно? Обяснете отговора си.
в) това, което е равно на специфичния топлинен капацитет на този метал, ако масата на цилиндъра е 100 g, и крайната температура е 25 ºС?
Г) каква е крайната температура, ако цилиндърът е направен от алуминий, а масата му е 100 g? Специфичната нагревателна способност на алуминий е 0.92 kJ / (kg * k).
д) каква е масата на цилиндъра, ако е направена от мед и крайната му температура 27 ºС? Специфична топлинна мощност 0.4 kJ / (kg * k).

Помислете за случая, когато механичната енергия влиза във вътрешната страна. Английският физик J. Juble се опита да измери колко вода се загрява във водопад, когато удря земята.

3. От каква височина трябва да падне водата така, че когато тя удря земята, температурата му се повиши с 1 ºС? Моля, приемете във вътрешната енергия на водата, половината от потенциалните му енергийни проходи.

Отговорът, който сте получили, ще обясни защо ученият е претърпял провал. Вземете под внимание, че експериментите, които ученият, поставен в родината му, където височината на най-високия водопад е около 100 m.

Ако тялото се нагрява с електрически нагревател или гориво гориво, е необходимо да се обмисли ефективността на нагревателя. Например, ако коефициентът на нагревателя е 60%, това означава, че увеличаването на вътрешната енергия на нагрятото тяло е 60% от топлината, пусната по време на изгарянето на горивото или когато се експлоатира електрическият нагревател.

Също така напомняме, че когато изгарянето на гориво, M маса се отличава с количеството топлина Q, което се изразява по формулата

където q е специфичната топлина на горенето.

4. За да донесе 3 литра вода в бодлята от температура от 20 ºС до кипене, туристите трябваше да изгорят 3 кг суха клонка в огъня. Какъв е коефициентът на полезния ефект на огъня като нагревателно устройство? Специфичната топлина на изгарянето на клоните. Вземете равно на 107 J / kg.

5. С помощта на електрически нагревател се опитва да сваря 10 литра вода, но водата не вари: с включен нагревателя, температурата му остава постоянна, под 100 ºС. Силата на нагревателя е 500 W, ефективността от 90%.
а) Какво количество топлина се предава за 1 с вода от нагревателя?
б) Какво количество топлина се предава за 1 ° С от водата до околния въздух, когато нагревателят е включен, когато температурата на водата остане постоянна?
в) Колко топлина ще предава вода за 1 минута около околния въздух веднага след изключване на нагревателя? Помислете, че през това време температурата на водата няма да се промени значително.
г) Колко температура на водата пада за 1 минута веднага след изключване на нагревателя?

3. уравнението на термичния баланс в присъствието на фазови преходи

Спомнете си някои факти, известни за вас от хода на физиката на главното училище.

За да се разтопи напълно кристално твърдо вещество в точката на топене, е необходимо да се информира количеството на топлина Q, пропорционална маса m на тялото:

Коефициентът на пропорционалност λ се нарича специфична топлина на топене. Тя е числено равна на количеството топлина, която трябва да бъде информатор за кристалното тяло с тегло 1 kg при точка на топене, за да го превърне напълно в течност. Устройството за топлинно топене е 1 J / kg (джаул на килограм).

Например, специфичната топла топлина на лед е 330 kJ / kg.

6. Каква височина може да бъде повдигната от човек с тегло 60 кг, ако увеличава потенциалната му енергия по величина, числено равна на количеството топлина, която е необходима, за да се разтопи 1 kg лед при температура 0 ºС?

При решаването на проблеми е важно да се вземе предвид, че твърдото вещество ще започне да се топи само след всичко, което се загрява до точката на топене. На графиката на температурата на телесната температура от количеството на топлината, предадено към него, процесът на топене е хоризонтален сегмент.

7. Фигура 48.2 показва графика на зависимостта на телесната температура, претегляща 1 kg от количеството предавани топлина.


а) Какъв е специфичният топлинен капацитет на тялото в твърдо състояние?
б) Каква е точката на топене?
в) Каква е специфичната топлина на топене?
г) Каква е специфичната топлинна мощност на тялото в течно състояние?
д) какъв вид вещество може да се състои от това тяло?

8. Железен метеорит лети в атмосферата на земята. Специфичният железен капацитет е 460 J / (kg * k), точката на топене е 1540 ºС, специфичната топлина на топене 270 kJ / kg. Началната температура на метеорита преди влизане в атмосферата, вземете равна на -260 ºС. Моля, приемете 80% от кинетичната енергия на метеорита, когато се движите през атмосферата, протича на вътрешната му енергия.
а) Какво трябва да бъде минималната начална скорост на метеорита, така че да се нагрява до точката на топене?
б) Каква част от метеорита се топи, ако първоначалната му скорост е 1.6 km / s?

Ако, в присъствието на фазови преходи, е необходимо да се намери сърбежна температура на телата, след това преди всичко е необходимо да се разбере какво ще бъде крайното състояние. Например, ако в първоначалното състояние са дадени масата на лед и вода и техните температури, т.е. три възможности.

В крайна сметка, само лед (това може да бъде, ако първоначалната ледна температура е достатъчно ниска или масата на леда е достатъчно голяма). В този случай неизвестната стойност е крайната лед. Ако задачата е решена правилно, получената стойност не надвишава 0 ºС. Когато се установи термичното равновесие, ледът се загрява до тази крайна температура и цялата вода се охлажда до 0 ° С, след това замръзва и ледът се оформят до крайната температура (ако е под 0 ° С).

В крайна сметка има лед и вода в термично равновесие. Това е възможно само при температура от 0 ºС. Неизвестна стойност в този случай ще бъде последната маса на леда (или крайната маса на водата: дадено количество вода и лед). Ако задачата е решена правилно, тогава крайните маси от лед и вода са положителни. В този случай, когато се определя топлинното равновесие, ледът се загрява до 0 ° С и водата се охлажда до 0 ° С. Тогава или част от леда се топи, или част от водата за замръзване.

В крайна сметка вода. Тогава неизвестната стойност е нейната температура (тя трябва да бъде не по-ниска от 0 ºС), в този случай водата се охлажда до крайната температура, а ледът трябва да премине през по-сложен път: първо се загрява до 0 ° С, След това целият се топи и след това се образува от него вода се загрява до крайната температура.

За да се определи коя от тези характеристики се прилага в определена задача, е необходимо да се извърши малко проучване.

9. В калориметър, съдържащ 1,5 литра вода при температура 20 ºС, парче лед се поставя при температура от -10 ° С. Моля, приемете, че топлинните загуби могат да бъдат пренебрегнати. Специфична топлинна мощност 2.1 kJ / (kg * k).
а) Какво може да бъде масата на лед, ако само ледът е в крайното състояние в калориметъра? Само вода? лед и вода в термично равновесие?
б) Каква е крайната температура, ако първоначалната маса на лед е 40 кг?
в) Каква е крайната температура, ако първоначалната маса на лед 200 g?
г) каква е крайната маса вода, ако първоначалната маса на леда е 1 кг?

Фактът, че за топене на тялото трябва да се докладва от определено количество топлина, изглежда естествено. Това явление ни обслужва добро обслужване: той забавя топенето на сняг, намалявайки наводненията през пролетта.

Но фактът, че когато кристализацията, тялото дава част от топлината, може би изненада: водата наистина дава определено количество топлина по време на замръзване? Въпреки това, това е: замръзване и превръщане в лед, водата дава красива голям брой Топъл студен въздух или лед, чиято температура е под 0 ° С. Това явление също ни служи за добро обслужване, омекотявайки първите студове и офанзивата на зимата.
Сега ще вземем предвид възможността за превръщане на течността на двойки или пара в течност.

Както знаете от хода на физиката на главното училище, количеството топлина q, необходимо за превръщане на течността в пара при постоянна температура, е пропорционална на масата на течността:

Коефициентът на пропорционалност L се нарича специфична топлина на изпаряването. Числено е равно на количеството топлина, което трябва да се докладва на 1 kg флуид, за да го завъртите напълно в пара. Единицата на специфична топлина на изпаряването е 1 J / kg.

Например, специфичната топлина на водопровода при температура на кипене и нормалното атмосферно налягане на въздуха е около 2300 kJ / kg.

10. В калориметъра, в който 1 1 вода се намира при температура 20 ºС, 100 g водна пара се въвеждат при температура от 100 ºС. Каква ще бъде температурата в калориметъра след създаването на термично равновесие? Термичната загуба може да бъде пренебрегвана.

Допълнителни въпроси и задачи

11. За да се загрява на плочата някаква вода от 20 ºС до точката на кипене, отне 6 минути. Колко време ще ви трябват цялата тази вода, за да изхвърлите? Моля, приемете, че загубата на топлина може да бъде пренебрегната.

12. В калориметъра, съдържащ лед с тегло 100 g при температура от 0 ºС, пара се приема при температура от 100 ºС. Какво ще бъде масата на водата в калориметъра, когато всички ледени се топи и температурата на водата ще бъдат равни на 0 ºС?

13. Нагрят алуминиев куб се поставя върху плосък слой, чиято температура е 0 ° С. Каква е температурата на отопляемия куб, ако той напълно се потопи в лед? Моля, приемете, че загубата на топлина може да бъде пренебрегната. Специфична топлинна мощност на алуминий 0.92 kJ / (kg * k).

14. Водещият куршум удари стоманената плоча и отскача от него. Температурата на куршума към удара е 50 ºС, скоростта е 400 m / s. Скоростта на куршума след стачката е 100 m / s. Каква част от куршума се стопи, ако 60% от загубената кинетична енергия е преведена във вътрешната енергия на куршума? Специфична топлинна мощност 0,13 kJ / (kg * k), точка на топене 327 ºС, специфична топла топлина 25 kJ / kg.

15. В калориметъра, който съдържа 1 1 вода при температура 20 ºС, се поставя 100 g мокър сняг, водното съдържание, в което (по тегло) е 60%. Каква температура ще бъде монтирана в калориметъра след установяване на термично равновесие? Термичната загуба може да бъде пренебрегвана.
Подкана. Под мокър сняг, смес от вода и лед се разбира при температура от 0 ° С.

Решаването на предизвикателствата върху кипене и кондензация е до голяма степен подобно на решаването на задачи за топене и втвърдяване. Това помага за формирането на ученици с подходящи концепции и практически умения. В същото време, с недостатъчно трайна и дълбока асимилация на материала, когато не се подчертават характеристиките и специфичните характеристики на всеки от тези процеси, като изпаряване и кипене, има и нежелана "смущения" на подобни умения, смесване или погрешна идентификация от студенти с подобни понятия.

Този учител трябва да обърне сериозно внимание. Един от средствата за премахване на този недостатък е решението при намаляване на комбинираните задачи, при които се разглеждат всички изследвани агрегирани трансформации на веществото (№ 222, 223).

Повечето задачи са висококачествени или неусложнени изчислени, в които е необходимо да се определи, например,

количеството на топлината, необходимо за преобразуване в пара, когато течността се кипи.

Най-трудната задача е да се изчисли специфичната топлина на изпаряването. Тази задача трябва да бъде решена в класа с помощта на учител. За да се улеснят изчисленията, състоянието не може да включва данните за калориметъра.

217. Графики на отопление и вряща вода, алкохол и етер (фиг. 32). Определят кои графики са изградени за всяка от тези течности.

218. Какво има по-голяма вътрешна енергия: вода или пара, взети на равни суми при проверка на вашите заключения относно опита.

Решение. За да се превърне вода в двойка, тя трябва да докладва известно количество топлина. Следователно вътрешната енергия на пара е по-голяма. За да проверите, пропуснете в чаша с вода от бойлер за определено количество пара, отбелязваме ново ниво на вода и променяме температурата. В друго стъкло, със същото начално количество вода, Nallem толкова много вряща вода, тъй като е кондензирана от пара. Температурата на водата ще се промени във втория случай значително по-малка, отколкото в първата.

219. Коя част от енергията е необходима за обжалване на пара при точка на кипене и нормално налягане на водата? алкохол? Етер? Колко енергия ще трябва да циркулира течности по двойки, ако те са предварително загряти до кипене

Решение. Възползвайки се от таблицата с специфична топлина на изпаряването, първата част от задачата, която учениците първо трябва да решат орално, да твърдят както следва. Да се \u200b\u200bобърне към двойките

водите на точката на кипене са необходими в зависимост от парата вода, е необходимо да се харчат 10 пъти повече енергия, по същия начин намират количеството топлина за алкохол и етер. След това използвайте формулата

Втората част на проблема се решава, както следва. Общо количество енергия

По същия начин общото количество топлина, необходима за циркулиране на алкохол и етер.

Когато решавате проблема, трябва да обърнете специално внимание на уменията на учениците да използват таблиците и да се разбере физическото значение на дадените в тях количества.

220. Изсипете във водата за изпитване на вода и измервайте температурата му. Загрейте епруветката, забелязвайки времето, първо да заври, и след това преди завъртане на цялата вода в пара. Според опита, определете приблизително стойността на специфичната топлина на изпаряването, сравнете го с таблицата и посочете причините, които намаляват точността на резултата.

Решение. В един от експериментите бяха получени следните данни. Началната температура на времето за нагряване до кипене - 2,5 минути, времето на кипене - 20 min.

Топлина, която отиде да загрява топлината на топлината, необходима за изпаряване

Като се има предвид количеството топлина, дадено от нагревателя, пропорционално на времето за отопление, ние получаваме:

Точността на резултата намалява редица фактори: топлата вода дава повече топлина към околната среда от студа, следователно количеството на получената топлина не е строго пропорционална на времето. Когато малко вода остане в епруветката, голямо количество топлина преминава към нагреваването на въздуха и самата епруветка.

221. Извършване на лабораторни упражнения, в калориметър, съдържащ вода със студент, инвестиран при 100 ° C. В резултат на това температурата на водата нарасна до каква степен стойността на специфичната топлина на изпаряването ще доведе до данните на този опит, ако водната маса се увеличи с

Задачата трябва да бъде решена на борда с въпроси, писане на формули:

Ако учениците научиха добре тези формули, тогава няма нужда да ги пренаписвате във връзка с всеки конкретен случай: възможно е незабавно да се замени цифровите стойности на стойностите във формулата. Тази забележка е вярна за високи оценки, тъй като разтворът на калориметричните уравнения като цяло често е твърде обемистен.

1. Какво количество топлина дава пара по време на кондензацията?

2. Кое количество топлина дава водата, образувана от пара, когато се охлажда?

3. Какво количество топлина има вода?

Тъй като количеството топлина, дадено чрез пара и получено по време на кондензацията с вода, е равно на количеството на топлината, получена чрез вода в калориметъра, тогава можете да напишете:

222. Коя топлинна енергия е необходима за обжалване на ледени двойки, предприети за изграждане на приблизителен график на процеса.

223. Какво количество топлина се разпределя по време на кондензация 200 g пара, взета с и след това превръща вода в лед? Изграждане на приблизителна графика на процеса.

Същото вещество в реалния свят, в зависимост от околните условия, може да бъде в различни държави. Например, водата може да бъде под формата на течност, в идеята за твърд лед, под формата на газ - водна пара.

• Тези държави се наричат \u200b\u200bсъвкупни държави на веществото.

Молекулите на материята в различни съвкупни държави не са различни един от друг. Специфичното съвкупно състояние се определя от местоположението на молекулите, както и естеството на тяхното движение и взаимодействие между себе си.

Газ - разстоянието между молекулите е значително по-голямо от размерите на самите молекули. Молекулите в течността и в твърдото тяло са разположени достатъчно близо един до друг. В твърдите вещества дори по-близо.

Да променят съвкупното състояние на тялото, Той трябва да информира някаква енергия. Например, за да се преведе вода в двойка от него, е необходимо да го нагрява. Дъждът отново стана вода, трябва да даде енергия.

Прехода от твърдо състояние в течност

Преминаването на вещество от твърдо състояние в течност се нарича топене. За да започне тялото да се топи, трябва да се нагрява до определена температура. Температура, при която веществото се топи, наречена точка на топене на веществото.

Всяко вещество има точката на топене. Някои тела са много ниски, например при лед. И в някои видове точката на топене е много висока, например, желязо. Като цяло, топенето на кристал е сложен процес.

График за топене на лед

Фигурата по-долу показва графика на топенето на кристално тяло, в този случай на лед.

• Графиката показва зависимостта на ледната температура от време, която го загрява. При вертикално ос, температурата е отложена, хоризонтално време.

От графиката, която първоначално е ледната температура -20 градуса. После започна да лекува. Температурата започна да расте. Парцел AV е парцел за отопление с лед. С течение на времето температурата се е увеличила до 0 градуса. Тази температура се счита за точка на топене на лед. При тази температура ледът започна да се стопява, но в същото време той престана да увеличава температурата си, въпреки че ледът продължава да се загрява. Областта на топене съответства на секцията Sun на графиката.

След това, когато целият лед се разтопи и се превръща в течност, температурата на водата започна отново да се увеличава. Това е показано на графиката на лъча на C. Това е, заключаваме, че по време на топенето на телесната температура не се променя, всички входящи енергии отиват за топене.

намаляване на температурата ще се възобнови, но само охлаждането вече ще бъде полученото твърдо тяло (раздел F G).

Тъй като опитът показва, при кристализация в секцията EF, се отличава точно същото количество топлина q \u003d m, което се абсорбира при топене на сюжета BC.

10.5 Различни и кондензация

Различеността е течен преход към газообразно състояние (по двойки). Има два начина за изпаряване: изпаряване и кипене.

Изпаряването се нарича изпаряване, което се случва при всяка температура от свободната повърхност на течността. Как си спомняте от лист от постания двойки, причината за изпарението е отклонението на течността на най-бързите молекули, които са в състояние да преодолеят силите на междумолекулната атракция. Тези молекули образуват пара над повърхността на течността.

Различни течности се изпаряват с различни скорости: Колкото по-голяма е силата на привличане на молекули един към друг, по-малкият брой молекули на единица време ще може да ги преодолее и да лети навън и колкото по-малко скоростта на изпаряване. Етер, ацетон, алкохол се изпарява бързо (те понякога се наричат \u200b\u200bлетливи течности), по-бавна вода, много по-бавна вода се изпарява и живак.

Скоростта на изпаряване нараства с увеличаване на температурата (в топлината на бельото той изсъхва по-скоро), тъй като средната кинетична енергия на флуидните молекули се увеличава и по този начин броят на бързите молекули, които могат да оставят нейните граници да се увеличават.

Скоростта на изпаряване зависи от повърхността на течността: Колкото по-голяма е площта, толкова по-голям е броят на молекулите, който получава достъп до повърхността и изпаряването е по-бързо (затова е внимателно изправено от лен).

Едновременно с изпаряване се наблюдава обратният процес: молекулите на пара, което прави разхвърляно движение над повърхността на течността, частично върна се обратно в течността. Трансформацията на пара в течност се нарича кондензация.

Кондензацията забавя изпаряването на течността. Така че в сухия въздушен спалник изсъхва по-бързо, отколкото във влажното. Ще изсъхне по-бързо в вятъра: Steam се разрушава от вятъра, а изпарението върви по-интензивно.

В някои ситуации скоростта на кондензация може да бъде равна на скоростта на изпаряване. Тогава и двата процеса компенсират помежду си и има динамичен баланс: от плътно затворена бутилка течността не изчезва в продължение на години и наситената двойка е в повърхността на течността.

Кондензацията на водните пари в атмосферата ние непрекъснато наблюдаваме облаците, дъжд и падане на сутрин на роса; Тя е изпаряване и кондензация, които осигуряват цикъл на вода в природата, подкрепящ живота на земята.

Тъй като изпарението е хляб от флуида на най-бързите молекули, в процеса на изпаряване, средната кинетична енергия на флуидните молекули е намалена, т.е. течността се охлажда. Вие сте добре запознат с усещането за прохлада и понякога дори zyability (особено на вятъра), когато оставите водата: вода, изпаряваща се по цялата повърхност на тялото, поема топлина, вятърът ускорява процеса на изпаряване19.

Същата прохлада може да се почувства, ако прекарате на ръка парче памучна вата, навлажнена в летящ разтворител (да кажем, в ацетон или течност за премахване на лак). На четиридесет и портната топлина, благодарение на подобреното изпаряване на влагата през порите на нашето тяло, ние запазваме нашата температура на нивото на нормалното; Не бъдете този термостатичен механизъм, в такава топлина

19 Сега е ясно защо ние взривяваме на горещ чай. Между другото, още по-добре да дръпнете въздуха в сетивата ми, защото сухият обкръжен въздух идва на повърхността на чая, а не мокър въздух от дробовете ни ;-)

просто ще умрем.

Напротив, в процеса на кондензация, течността се загрява: пара молекули при връщане към течността, те се приемат чрез привличане на течно молекули в близост до близкия, в резултат на което средната кинетична енергия на флуидните молекули се увеличава (сравнение Това явление с освобождаването на енергия по време на кристализация на стопилката!).

10.6 кипене

Процесът на кипене на водата е добре запознат. За разлика от изпарението, което се случва само от свободната повърхност на течността, кипенето е изпаряване, което се случва в целия обем на флуида.

Варенето се оказва възможно, защото течността винаги се разтваря известно количество въздух, което се е случило там в резултат на дифузия. Когато течността се нагрява, този въздух се разширява, въздушните мехурчета постепенно се увеличават по размер и се виждат с невъоръжено око (във водна тенджера, те се утаяват дъното и стените). Във въздушни мехурчета има наситен двойка, натискът от който, както помняте, нараства бързо с нарастваща температура.

Колкото по-големи стават мехурчетата, времето на Архимедейските действа върху тях и един момент започва пролука и потопа от мехурчета. Повдигане, мехурчета попадат в по-малко отопляеми слоеве на течност; Двойките са кондензирани в тях, а мехурчетата се компресират отново. Сривът на мехурчета причинява шума, предшестващ кипенето на чайника. Накрая, с течение на времето цялата течност е равномерно затопляща се, мехурчетата достигат повърхността и се разпръскват, изхвърлянето на шума на въздуха и пара се заменя с боулдър, течни циреи.

Следователно мехурчетата служат като чифт проводници от вътрешната страна на течността върху повърхността му. При кипене, заедно с конвенционалното изпаряване, има превръщане на течност на двойки по целия обем чрез изпаряване във въздушните мехурчета, последвано от изход от двойка. Ето защо кипящата течност ще лети много бързо: чайник, от който водата ще се изпари много дни, ще се появи за половин час.

За разлика от изпарението, възникващо при всяка температура, течността започва да кипи само когато точката на кипене е достигната, именно температурата, при която въздушните мехурчета се оказват способни да се появят и да стигнат до повърхността. При температура на кипене налягането на наситената двойка става равно на външното налягане върху течността (по-специално атмосферното налягане). Съответно, по-външното налягане, кипенето ще започне при по-висока температура.

При нормално атмосферно налягане (1 atm или 105 pa) точката на кипене на вода е равна на

100 ° С. Следователно, налягането на наситена водна пара при температура от 100 ° С е 105 Pa. Този факт трябва да бъде известен, за да решава проблемите често, които се считат за известни по подразбиране.

В горната част на Елбс атмосферното налягане е 0,5 atm, а водата се кипи при температура 82 ° С и под налягане от 15 атм, водата ще започне да кипи само при 200 ° С.

Точката на кипене (при нормално атмосферно налягане) е строго дефинирана за тази течна стойност 20. Така че, алкохолът кипя при 78 ° С, етерът при 35 ° С, живак при 357 ° С. Моля, обърнете внимание: по-волатилният е течността, толкова по-ниска е точката на кипене. В таблицата на точката на кипене също виждаме, че кислородът кипи при 183 ° С, при обикновените температури на кислород, този газ!

20 точки на кипене в таблици с учебници и справочници пресичат температурата на кипи химически течности. Наличието на примеси в течността може да промени точката на кипене. Кажете, че крана вода съдържа разтворен хлор и някои соли, така че точката на кипене при нормално атмосферно налягане може да се различава леко от 100 ° С.

Знаем, че ако отстраните чайника от пожара, процесът на кипене веднага ще прекратява процеса на кипене изисква непрекъснато захранване. В същото време температурата на водата в чайника след кипене е спряна да се променя, през цялото време остава равно на 100 ° С. Къде е получената топлина?

Ситуацията е подобна на процеса на топене: топлината се увеличава на потенциалната енергия на молекулите. В този случай, за извършване на работа върху премахването на молекулите на такива разстояния, че атракционните сили няма да могат да държат молекулите близо един до друг, и течността ще се премине към газообразното състояние.

10.7 График за изкупуване

Помислете за графично представяне на процеса на нагряване на течности, така нареченият график на кипене (фиг. 24).

Температура
t kip.
Фиг. 24. график на кипене

Парцелът AB предхожда началото на кипене. В секцията BC, течността кипене, нейната маса намалява. В точка С, течността напълно се търкаля.

За да преминете напълно площадката BC, т.е., че течността вече е довела до точката на кипене, да се превърне напълно в двойки, към тази течност трябва да предоставите определено количество топлина на QAR. Опитът показва, че това количество топлина е пряко пропорционално на масата на течността:

QAR \u003d lm:

Коефициентът на пропорционалност L се нарича специфична топлина на изпаряването на течността (при температура на кипене). Специфичната топлина на изпаряването е числено равна на количеството топлина, която трябва да бъде доведена до 1 kg течност, взета при температура на кипене, за да го превърне напълно в двойки.

Така че, при 100 ° С, специфичната топлина на водното изпаряване е 2300 kJ / kg. Интересно е да се сравни със специфичната топлина на топенето на лед (340 kJ / kg) специфичната топлина на изпаряването почти седем пъти повече! Това не е изненадващо: защото за топене на лед само трябва да унищожи поръчаното местоположение на водните молекули в възлите на кристалната решетка; В същото време разстоянията между молекулите остават около същото (реда на самите размери на самите молекули). Но за превръщането на вода в пара, е необходимо да се постигне там, където се използва за работа върху разкъсването на всички връзки между молекулите и премахването на молекулите до значителни разстояния един от друг (много големи от размерите на молекулите).

10.8 График за кондензация

Процесът на кондензация на пара и последващото охлаждане на течността изглежда на графиката симетрично процеса на нагряване и кипене. Ето съответния кондензационен график за случая на стратегическата водна възраст, която е най-често срещана при задачи (фиг. 25).

Температура
Фиг. 25. График на кондензацията

В точка С, имаме водна пара при 100 ° С. Има кондензация на CD секцията; Вътре в този участък, смес от пара и вода при 100 ° С в точка D, вече няма вода, има само вода при 100 ° С. Парцел за охлаждане на тази вода.

Опитът показва, че при кондензация на двойка m маса m (т.е. по време на преминаването на CD секцията) се отличава точно същото количество топлина Q \u003d LM, което се изразходва за трансформацията на течност M.

Нека да сравняваме следните количества топлина:

Q1, който се отличава с кондензация 1 g водна пара;

Q2, който се отличава при охлаждане от получената постепенна вода до температура, да речем, 20 ° С.

Q1 \u003d LM \u003d 2300000 0; 001 \u003d 2300 J;

Q2 \u003d cm t \u003d 4200 0; 001 80 \u003d 336 J:

Тези цифри ясно показват, че изгарянето на ферибота е много по-лошо от изгарянето на вряща вода. Ако получите вряща вода, тя се разпределя само на Q2 (вряща вода хладно). Но когато изгарянето е ферибот, първо ще се откроява за порядък повече топлина Q1 (кондензирана пара), завършилата вода се образува, след което се добавя същата стойност Q2, когато тази вода се охлади.

а) отопление и охлаждане

892. Каква е масата на живака има същия топлинен капацитет като 13 кг алкохол? Специфична топлинна мощност на алкохол 2440 J / (kg × k), специфичната топлинна мощност на живака 130 J / (kg × k). (244)

893. Чрез триене един върху друг от два идентични тела, тяхната температура нарасна с 30 ° С след една минута. Каква е средната сила, която се развива в двете тела, когато триене? Топлинният капацитет на всяко тяло е 800 J / k. (800)

894. На електрическа печка с капацитет 600 W 3 литра вода, загрята до кипене за 40 минути. Началната температура на водата 20 ° C. Специфична топлинна мощност от 4200 J / (kg × k). Определяне на ефективността (като процент) инсталация. (70)

895. Когато металът се пробие ръчно свредло, тегло от 0.05 kg се нагрява при 20 ° С за 200 ° С от непрекъсната работа. Средната мощност, консумирана от тренировката по време на пробиването, е 10 W. Колко процента от изразходваните енергийни източници отиват да нагряват тренировката, ако специфичната топлинна мощност на материала на тренировката е 460 J / (kg × k)? (23)

896. Когато работите с електрически двигател с капацитет 400 W, той се загрява до 10 до 50 от непрекъсната работа. Каква е ефективността (в процента) на двигателя? Моторна топлинна мощност 500 J / k. (75)

897. Трансформаторът, потопен в маслото, поради претоварване започва да се топли. Каква е неговата ефективност (в проценти), ако при пълна мощност 60 kW масло с тегло 60 kg загрява 30 ° C за 4 минути работа на трансформатор? Специфична топлинна мощност 2000 J / (kg × k). (75)

898. Генераторът излъчва ултра-високочестотни импулси с енергия във всеки импулс от 6 J. Честотата на повторение на импулсите от 700 Hz. Генератор на CPD 60%. Колко литра вода на час трябва да се прекарват през охлаждащата система на генератора, така че водата да не е по-висока от 10 k? Специфична топлинна мощност от 4200 J / (kg · k). (240)

б) фазови трансформации

899. Колко лед, взет при 0 ° C, можем ли да се стопим, да го информираме за енергията от 0.66 MJ? Специфично топене на лед 330 kJ / kg. (2)

900. Под втвърдената 100 кг стомана при точката на топене е избрана 21 MJE топлина. Каква е специфичната топлина на топене (в KJ / kg) стомана? (210)

901. Какво количество на топлината (в kJ) трябва да се докладва на 2 kg лед, взет при температура от -10 ° C, за да го стопи напълно? Специфичната топлинна мощност на лед е 2100 J / (kg × k), специфичната топлина на топене лед 330 kJ / kg. (702)

902. За да се трансформира определено количество лед при температура от -50 ° С във вода с температура от 50 ° С, се изисква 645 kJ енергия. Каква е масата на лед? Специфичната топлинна мощност на водата е 4200 J / (kg × k), специфичната топлинна мощност на лед 2100 J / (kg × k), специфичната топлина на топене на лед е 3.3 × 105 j / kg. (един)

903. Какво количество топлина (в kJ) е необходимо да се трансформира 0,1 kg вряща вода до равна карта? Специфичната топлина на водна изпаряване 2.26 MJ / kg. (226)

904. Колко топлина (в kJ) се освобождава по време на кондензацията на 0,2 kg водна пара при температура 100 ° C? Специфичната топлина на водопровода от 2,3 × 106 J / kg. (460)

905. Какво количество топлина (в kJ) трябва да се уведоми 1 kg вода, взета при 0 ° C, за да го нагрява до 100 ° C и напълно се изпарява? Специфичната топлинна мощност на водата е 4200 J / (kg × k), специфичната топлина на водното изпаряване на 2.3 × 106 J / kg. (2720)

906. За да се загрее водата при температура от 20 ° С, 2596 kJ енергия се консумира в двойки. Определят масата на водата. Специфична топлинна мощност от 4200 J / (kg × k), специфична топлина на водна изпаряване 2.26 MJ / kg. (един)

907. За да се топи един тон стомана, захранването се използва с мощност от 100 kW. Колко минути ще се измъкне, ако вливането преди началото на топенето трябва да се нагрява при 1500 k? Специфичната топлинна мощност на стоманата е 460 J / (kg × k), специфичната топлина на топене на стомана 210 kJ / kg. (150)

908. За нагряване на вода от 0 ° C до 100 ° C се изисква 8400 J топлина. Колко топлина все още се нуждаят (в kj), за да се изпари напълно тази вода? Специфичната топлинна мощност на водата е 4200 J / (kg · k), специфичната топлина на водопровода от 2300 kJ / kg. (46)

909. За охлаждане на водата в хладилника от 33 ° С до 0 ° С, се изискваше 21 минути. Колко време ще отнеме да обърнете тази вода в лед? Специфична топлинна мощност от 4200 J / (kg · k), специфична топлинна топла от лед 3.3 · 10 5 J / kg. Отговор, за да се даде в минути. (петдесет)

910. Водният съд се нагрява на електрическа печка от 20 ° С до кипене за 20 минути. Колко време е необходимо (в минути), за да платите 42% от водата към двойките? Специфичната топлинна мощност на водата е 4200 J / (kg × k), специфичната топлина на водно изпаряване 2.2 × 106 J / kg. (55)

911. Изчислете ефективността (като процент) на газовата горелка, ако използва газ със специфична топлина от гориво 36 MJ / m 3 , И върху нагряването на канала с 3 литра вода от 10 ° C до кипенето бяха изразходвани 60 литра газ. Топлинният капацитет на канала е 600 J / k. Специфична топлинна мощност от 4200 J / (kg · k). (55)

912. 210 kg въглища за 1 час се консумират за работа на парна машина за 1 час. Охлаждането на машината се извършва с вода, която при входа има температура от 17 ° С и на изхода от 27 ° С. Определете потока на вода (в kg) за 1 s, ако 24% от общата топлина е върху неговото нагряване. Специфична топлинна мощност от 4200 J / (kg × k), специфична топлинна изгаряне на въглища 30 mj / kg. (10)

913. Колко километри от пътя са достатъчни за 10 кг бензин за двигателя на автомобил, който се развива със скорост от 54 км / ч на 69 kW и с 40% ефективност? Специфична топлинна изгаряне на бензин 4.6 × 107 J / kg. (40)