Методические указания к лабораторным работам №1,2,3 для студентов физико-технического факультета Екатеринбург 1993 (стр. 8 из 16)

Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹2

ÄÀÂËÅÍÈÅ ÍÀÑÛÙÅÍÍÎÃÎ ÏÀÐÀ, ÆÈÄÊÎÑÒÈ È ÒÂÅÐÄÎÃÎ ÒÅËÀ

Èçâåñòíî, ÷òî æèäêîñòü, íàõîäÿùàÿñÿ â îòêðûòîì ñîñóäå, èñïàðÿåòñÿ è òåì áûñòðåå, ÷åì âûøå åå òåìïåðàòóðà, ÷åì áîëüøå ñâîáîäíàÿ ïîâåðõíîñòü, ÷åì ýôôåêòèâíåå óäàëÿåòñÿ îáðàçóþùèéñÿ ïàð. Àíàëîãè÷íàÿ êàðòèíà ïðîèñõîäèò è ñ òâåðäûì òåëîì, òîëüêî ýôôåêò èñïàðåíèÿ ó òâåðäûõ òåë ìåíåå âûðàæåí.

Åñëè ïîìåñòèòü æèäêîñòü (òâ. òåëî) â çàìêíóòûé âàêóóì-íûé ñîñóä, íàõîäÿùèéñÿ ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå, òî ñ òå÷åíèåì âðåìåíè â íåì óñòàíîâèòñÿ ðàâíîâåñèå ìåæäó ïàðîì è æèäêîñòüþ (òâåðäûì òåëîì), ïðè êîòîðîì ïëîòíîñòü ïàðà, à ñëåäîâàòåëüíî, è åãî äàâëåíèå èçìåíÿòñÿ íå áóäóò. Ïàð, íàõîäÿùèéñÿ â ðàâíîâåñèè ñ æèäêîñòüþ èëè òâåðäûì òåëîì, íàçûâàåòñÿ íàñûùåííûì ïàðîì. Öåëüþ ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ èçó÷åíèå çàêîíîìåðíîñòåé ïðîöåññîâ ïåðåõîäà âåùåñòâ â ñîñòîÿíèå ïàðà è îïðåäåëåíèå òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ïàðàìåò-ðîâ, õàðàêòåðèçóþùèõ òàêèå ïðîöåññû.

1. ÔÅÍÎÌÅÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÎÅ ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑΠÈÑÏÀÐÅÍÈß

1.1.Îáùèå óñëîâèÿ ðàâíîâåñèÿ ôàç

Ñèñòåìà, ñîñòîÿùàÿ èç ðàçëè÷íûõ ïî ñâîéñòâàì ÷àñòåé, ðàçãðàíè÷åííûõ ïîâåðõíîñòÿìè ðàçäåëà, íàçûâàåòñÿ ãåòåðî-ãåííîé ñèñòåìîé.

×àñòü ãåòåðîãåííîé ñèñòåìû, îãðàíè÷åííàÿ ïîâåðõíîñòüþ ðàçäåëà è õàðàêòåðèçóþùàÿñÿ â îòñóòñòâèè âíåøíåãî ïîëÿ ñèë îäèíàêîâûìè ôèçè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè âî âñåõ ñâîèõ òî÷êàõ, íàçûâàåòñÿ ôàçîé ñèñòåìû.  êà÷åñòâå ïðèìåðà ôàç ìîæíî ïðèâåñòè ðàçëè÷íûå àãðåãàòíûå ñîñòîÿíèÿ îäíîãî è òîãî æå âåùåñòâà: æèäêîå, ãàçîîáðàçíîå. Ê ðàçëè÷íûì ôàçàì îòíîñÿòñÿ òàêæå êðèñòàëëè÷åñêèå ìîäèôèêàöèè âåùåñòâà, íàïðèìåð, - æåëåçî è - æåëåçî.

 óñëîâèÿõ ðàâíîâåñèÿ ôàçû (') è ('') õàðàêòåðèçóþòñÿ îäèíàêîâûìè äàâëåíèåì, òåìïåðàòóðîé è ðàâíûìè õèìè÷å-ñêèìè ïîòåíöèàëàìè

ð' = ð'', Ò'=Ò'', ' = ". (1.1)

Ïåðâîå óñëîâèå îçíà÷àåò óñòàíîâëåíèå ìåõàíè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ (ãðàíèöà ðàçäåëà íåïîäâèæíà), âòîðîå óñëîâèå - óñëîâèå òåïëîâîãî áàëàíñà. Ðàâåíñòâî õèìè÷åñêèõ ïîòåíöèà-ëîâ îòðàæàåò óñëîâèå ìàòåðèàëüíîãî áàëàíñà.

Àíàëîãè÷íî óñëîâèÿì ðàâíîâåñèÿ äâóõ ôàç ðàâíîâåñèå òðåõ ôàç îïðåäåëÿåòñÿ ðàâåíñòâàìè:

ð'=ð''=ð''', Ò'=Ò''=Ò''',

'(P,T) = m"(P,T)=m'''(P,T) . (1.2)

Ïîñêîëüêó õèìè÷åñêèå ïîòåíöèàëû ÿâëÿþòñÿ ôóíêöèÿìè òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ, òî äëÿ èçîáðàæåíèÿ ñîñòîÿíèÿ âå-ùåñòâà îáû÷íî ïîëüçóþòñÿ (ð,Ò) - äèàãðàììîé.

Íà ðèñ.1.1 ïðåäñòàâëåíà ÷àñòü îáùåé (ð,Ò) - äèàãðàììû äëÿ âîäû (

= 0,01 C, = 4,589 ìì ðò. ñò.) - ïàðàìåòðû òðîéíîé òî÷êè, â ðàâíîâåñèè íàõîäÿòñÿ òðè ôàçû). ÊÒ - êðèòè÷åñêàÿ òî÷êà. Äèàãðàììà âîäû ïðè âûñîêèõ äàâëåíèÿõ ïðèâåäåíà íà ðèñ.1.2.

Íà ðèñ.1.2 îáëàñòÿì 1-5 ñîîòâåòñòâóþò ðàçëè÷íûå êðè-ñòàëëè÷åñêèå ìîäèôèêàöèè. Ñîãëàñíî ïðàâèëó Ãèááñà äëÿ îäíîêîìïîíåíòíûõ ñèñòåì â ñîñòîÿíèè ðàâíîâåñèÿ äðóã ñ äðóãîì íàõîäèòñÿ íå áîëåå òðåõ ôàç ýòîãî âåùåñòâà. Òàêîìó ñîñòîÿíèþ ñîîòâåòñòâóþò òðîéíûå òî÷êè íà ðèñ.1.1 è 1.2.