Лабораторная работа № 75

Определение теплоты испарения

Составители: А.И.Назаров, д.п.н., к.ф.-м.н., профессор

О.В. Сергеева, к.ф.-м.н., доцент

Рецензенты: И.А. Малиненко, к.ф.-м.н., доцент;

Цель работы:

1. Ознакомиться с особенностями процессов испарения и конденсации жидкости

2. Изучить зависимость давления насыщенного пара от температуры для жидкостей

Задачи:

1. Определить средние значения молярной теплоты испарения воды и спирта

2. Определить удельные теплоты испарения воды и спирта

Приборы и принадлежности:

1. Разностный манометр.

2. Термометр, –10...+110 °С.

3. Круглодонная трехгорлая колба на 100 мл.

4. Одноходовой кран.

5. Вакуумный насос.

6. Магнитная мешалка-нагреватель.

7. Стеклянная трубка.

8. Резиновые шланги.

9. Штатив.

10. Стеклянные стаканы на 400 мл и 600 мл.

11. Вода дистиллированная.

12. Спирт.

Теоретическое ведение Испарение и конденсация жидкости

Количество жидкости в открытом сосуде непрерывно уменьшается вследствие испарения. Если же сосуд закрыт, то этого не происходит. С поверхности жидкости вылетает часть молекул, образуя над жидкостью пар. Для выхода из жидкости испаряющиеся молекулы должны преодолеть силы притяжения со стороны оставшихся молекул, т. е. совершить работу против этих сил. Кроме того, должна быть совершена работа против внешнего давления p уже образовавшегося пара, равная pV, где V – изменение объема, занимаемого данным количеством молекул при переходе из жидкости в пар (при переходе в парообразное состояние молекулы занимают больший объем). Эта работа может быть совершена только за счет кинетической энергии теплового движения молекул.

Эту работу способны совершить не все молекулы, а только те из них, которые обладают достаточной для этого кинетической энергий. Поэтому переход части молекул в пар приводит к обеднению жидкости быстрыми молекулами, т. е. к её охлаждению.

Если, однако, внешним источником тепла поддерживать температуру жидкости постоянной, то число молекул, покидающих жидкость, будет со временем непрерывно нарастать. Но одновременно с переходом молекул из объема жидкости в газовую фазу происходит и обратный процесс: в силу хаотичности движения молекул пара часть молекул, покинувших жидкость, снова в неё возвращается.

Переход молекул из жидкости в пар называется испарением (парообразованием). Обратный переход молекул из пара в жидкость называется конденсацией. Число конденсирующихся молекул пропорционально плотности молекул в паре. Поэтому, если сосуд закрыт, то наступит момент, когда число частиц, покидающих в единицу времени жидкость, станет равным числу частиц, возвращающихся за это же время в жидкость. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Установившаяся таким образом постоянная плотность пара отвечает вполне определенному давлению. Это давление называется упругостью (давлением) насыщенного пара.

Упругость насыщенного пара растет с повышением температуры. Чем выше температура, тем большее число молекул жидкости обладает энергией, достаточной для испарения, и тем большей должна быть плотность пара, чтобы конденсация могла сравняться с испарением, т. е. чтобы установилось равновесие.