7.2 Диаграмма Эндрюса

Если в уравнении Ван-дер-Ваальса раскрыть скобки и расположить величины по убывающим степеням v, получим уравнение третьей степени относительно v. Из математики известно, что такое уравнение должно иметь, при заданных p и T, три корня. Если на p-v диаграмме построить изотермы, соответствующие уравнению Ван-дер-Ваальса, то получится следующая картина (рис.28). Прямые, пересекающие такого типа изотермы, дают по три действительных значения v в точках А. В. С. Волнообразность кривых указывает на непрерывный переход рабочего тела из парообразного в жидкое. В действительности этот переход происходит по прямым (как АВС).

Рис. 28

В 1869 г. Эндрюс впервые экспериментально по данным изотермного сжатия СО₂ построил p-v диаграмму (рис. 28, сплошные линии).

Для идеального газа pv = RT и

. Для реального газа

, поэтому графическое изображение изотермы реального газа не соответствует равнобокой гиперболе (уравнение pv = const).

7.3 Механизм парообразования

Парообразованием называется превращение вещества из жидкого состояния в газообразное.

Из повседневного опыта известно, что жидкость в открытом сосуде постепенно испаряется. Испарением называется такое парообразование, которое происходит всегда и при любой температуре.

Механизм этого явления заключается в том, что отдельные молекулы, обладающие наибольшей скоростью, преодолевая поверхностное натяжение, вылетают за поверхность раздела. Если сосуд открыт, то путем диффузии и перемешивания пар распространяется в окружающую среду. Если сосуд закрыт, количество молекул пара над жидкостью остается постоянным за счет динамического равновесия между молекулами испаряющимися и конденсирующимися.

Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным. Если, не меняя температуры, изменить объем над жидкостью, то концентрация молекул изменится, динамическое равновесие нарушится. Для его восстановления неизбежно произойдет либо испарение, либо конденсация. В итоге восстановится прежнее давление насыщенного пара.

При заданной температуре давление насыщенного пара (давление насыщения) имеет одну и ту же строго определенную величину. Чем выше температура, при которой испаряется жидкость, тем выше давление насыщенного пара.

Превращение жидкости в пар требует подвода тепла. В противном случае температура жидкости понижалась бы. Интенсивный подвод тепла вызывает интенсивное парообразование. В этом случае процесс испарения называют кипением.

При кипении, как и при испарении, температура кипения однозначно определяется давлением. Температура кипения – это та температура, при которой давление насыщенного пара равно внешнему давлению.

Все рабочие тела, меняя свое агрегатное состояние, проходят три стадии парообразования и меняют свой удельный объем (вода– пар – перегретый пар). Изменение объема происходит до критической точки, параметры которой следующие: р_кр = 225,05 ата, t^o = 374,15^oС, v = 0,0031 м³/кг.

7.4 р – Т диаграмма

Переход рабочего тела из одно Переход рабочего тела из одного агрегат-

ного состояния в другое назыв ноногого состояния в другое называется фазовым переходом. В разных агрегатн зовым переходом. В разных агрегатных

состояниях состояниях вещество имеет различные

вещество имеет различные сво веесвойства. Поле p – t диаграммы делится кривыми фазt диаграммы делится кр кривыми фазовых переходов на три об-

ас- ходов на три области (рис. 29): ласти (рис. 29):

Влево от САВ – область твердого состоя-

Ниния. Вправо от САК – область газообраз-

Рис. 29

ного состояния. Между АВ и АК – область жидкого состояния.

В т. А вещество может находиться одновременно в трех состояниях. Например, для воды в т. А р = 611 Па, v = 0,001 м³/кг, t = 0,01^oC.

Вид и расположение кривых АВ, АС и АК зависят от свойств веществ и для воды, вследствие аномальности, АВ имеет наклон влево. АВ характеризуется равновесным состоянием твердое тело + жидкость; АК характеризуется равновесным состоянием жидкость + пар; АС характеризуется равновесным состоянием твердое тело + пар.

Выше критической точки К четкой границы между паром и жидкостью нет.

Из p – t диаграммы видно, что при t > t_кр изотермическим сжатием невозможно превратить пар в жидкость.

Особенностью p – t диаграммы является то, что область двухфазного состояния вещества изображается линией, а не площадью.