ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Изменение энергии при фазовом превращении из "Термодинамика для инженеров " Тремя различными фазами или агрегатными состояниями вещества считаются твердое, жидкое и газообразное. Конкретная фаза, в которой данная масса вещества действительно существует, определяется общим количеством энергии, которым обладает система. Для данной массы вещества твердая фаза содержит минимальное количество внутренней энергии, а газовая фаза — максимальное внутренняя энергия жидкой фазы занимает промежуточное место между энергиями твердой и газовой фаз. [c.59] В твердой фазе внутренняя энергия почти полностью состоит нз колебательной энергии атомных частиц и потенциальной энергии, обусловленной силами притяжения между частицами. Потенциальная энергия относительно невелика, и межатомные расстояния малы. В этих условиях силы притяжения так велики, что частицы находятся в жесткой структуре, а кинетические энергии перемещения и вращения практически отсутствуют. [c.59] Добавление энергии при температуре и давлении, соответствующих плавлению, приводит к увеличению потенциальной энергии и межатомных расстояний до такой степени, что жесткая структура нарушается, и твердая фаза переходит в жидкую. Увеличение расстояния между частицами позволяет им приобрести некоторое количество поступательной и вращательной энергии. Общая энергия на единицу массы, поглощенная при переходе из твердой фазы в жидкую, называется скрытой теплотой плавления . Так как поступательное и вращательное движение частиц в жидкой фазе при точке замерзания сильно затруднено, то эта фаза почти подобна твердой фазе при тех же температуре и давлении. Однако частицы жидкой фазы при температуре кипения больше удалены друг от друга и имеют большую свободу в поступательном и вращательном движении. [c.59] Добавление энергии при температуре кипения и соответствующем давлении настолько увеличивает потенциальную энергию, что позволяет частицам отойти друг от друга на относительно большие расстояния, и вещество из жидкого состояния переходит в газовую фазу. В газовой фазе силы притяжения между частицами слабы, и частицы получают свободу независимого перемещения и вращения. Общая энергия на единицу массы вещества, поглощенная при переходе из жидкой фазы в газовую, называется скрытой теплотой испарения . [c.59] Скрытая теплота фазового превращения сообщается при условиях постоянства давления и может быть вычислена как изменение энтальпии. Для большого числа веществ изменение энтальпии фазового превращения может быть определено эмпирически при температуре превращения и атмосферном давлении. Так как жидкости и твердые тела почти несжимаемы, на скрытую теплоту и температуру плавления давление влияет очень мало. Однако паровая фаза может подвергаться сильному сжатию, и на скрытую теплоту и температуру испарения давление влияет весьма существенно. [c.60] Вообще температура кипения возрастает с увеличением давления. Поскольку температура кипения и давление возрастают, то плотность пара увеличивается, а плотность жидкой фазы уменьшается до тех пор, пока при определенных температуре и давлении плотность и другие свойства этих двух фаз не станут идентичными. Эти значения температуры и давления определяют критическую точку. По мере приближения к критической точке свойства двух фаз становятся более близкими и энергия, требуемая для превращения вещества из одной фазы в другую, уменьшается. В критической точке скрытая теплота парообразования становится равной нулю. При температуре выше критической невозможно получить более одной фазы при любом давлении. [c.60] Скрытая теплота парообразования для температур и давлений, отличающихся от нормальной точки кипения и 1 атм, может быть установлена методом, разработанным в примере 5. В этом примере принято, что паровая фаза ведет себя как идеальный газ. так что метод пригоден только для давления ниже 2 атм. Существуют также полуэмпирические методы оценки скрытой теплоты испарения. [c.60] Пример 8. Скрытая теплота парообразования воды равна 970,2 брит. тепл, ед/фунт (539 кал1г) при 212 °F (373,2 °К) й I атм. Определить скрытую теплоту при 80 F (300 °К) и 0,00136 атм. допуская, что жидкость несжимаема и пар ведет себя как идеальный газ. [c.60] Так как разность энтальпии для двух состояний не зависит от пути перехода от одного к другому, то переход из начального состояния в конечное можно представить как ряд стадий, для каждой из которых из ленение энтальпии может быть вычислено. Сумма отдельных изменений энтальпий равна общей разности энтальпии для начального и конечного состояний. [c.60] Удобный способ вычисления скрытой теплоты испарения воды при 80 °F (300 °К) показан на рис. 2. Этот способ должен обязательно включать стадию испарения при 212 °Р (373,2 °К) и 2 ат.м, для которой известно изменение энтальпии. Начиная с жидкой воды при 80 °Р (300 °К) и 0,00136 атм, температура и давление должны изменяться до 212 Р (373,2 °К) и 1 атм в две стадии. [c.60] ДЯз = 970,2 брит. тепл. ед/фунт(539 кал/г). [c.61] Вернуться к основной статье