Vp -диаграмма реального газа. Изотермы Ван-дер-Ваальса

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 18Следующая ⇒

На vp-диаграмме (рис.8.2.):

    линия 1 k – нижняя пограничная кривая (НПК), разделяет жидкую фазу вещества слева и двухфазное состояние (жидкость-пар) справа, в каждой точке НПК – начало кипения жидкости;

линия 2k – верхняя пограничная кривая (ВПК), разделяет двухфазное состояние и паровую (газовую) фазу.

С ростом p удельные объемы v

Рис.8.2                            (плотности r) жидкости и газа сближаются;

точка k – критическая точка, в которой исчезает различие между

жидкой и газовой фазами, параметры в этой точке (р_к, Т_к, v_к) назы-

ваются критическими.

Уравнение Ван-дер-Ваальса – уравнение третьей степени относи-

тельно v имеет при различных p и T либо один, либо три разных или равных по величине вещественных корня. В соответствии с этим качественно различимы изотермы Ван-дер-Ваальса.

· При T > T_к уравнение имеет один вещественный корень и два мнимых, изотермы имеют вид гипербол.

· При T = T_к критическая точка к является точкой перегиба изотермы T_к = const; все три корня вещественные, равные друг другу.

· При T < T_к уравнение имеет три разных по величине вещественных корня, на изотермах появляются волнообразные участки с минимумом (точка е) и максимумом (точка d). На этих участках состояние вещества ограниченно устойчивое (метастабильное), характерное только для тщательно очищенных веществ. Реальные изотермы в этой области являются прямыми, параллельными оси v, совпадающими с изобарой, например прямая ас (изобара-изотерма).

В уравнении Ван-дер-Ваальса коэффициенты а, b и индивидуальная газовая постоянная R определяются по критическим параметрам:

;      ;      .  (8.3)

Коэффициент сжимаемости в критической точке

.

Таблица 8.1

Критические параметры веществ

Подстановка выражений a, b, R в уравнение Ван-дер-Ваальса да-ет уравнение в безразмерном виде:

,                                                         (8.4)

где p; j; t – соответственно приведенные давление, удельный объем, температура; p = p/p_к; j = v/v_к; t = T/T_к.

Водяной пар: понятие о водяном паре; процессы производства водяного пара; функции состояния жидкости и пара, их графическое описание в s-T и s-h координатах, термодинамические процессы с водяным паром.

На vp-диаграмме (рис.4.3):

точка а – жидкость при 0 ° C;

ab – процесс нагревания жидкости при p=const до температуры кипения (сопровождается испарением – парообразованием с поверхности); точка b – начало кипения; bc – изобарно-изотермический процесс па-рообразования с потреблением теплоты при кипении (паро- Рис. 8.3                            образование во всем объеме). В каждой точке динамическое равновесие – парообразование компенсируется конденсацией (конденсация – процесс превращения пара в жидкость с выделением теплоты). Состояние пара – влажный насыщенный пар (ВНП) при давлении насыщения p _s и температуре насыщения T_s.

ВНП – механическая смесь образовавшегося сухого насыщенного пара (СНП) с жидкой фазой. x – степень сухости – отношение массы СНП к массе ВНП; 0   x 1 (x=0 – начало кипения, x=1 – только СНП);

(1-x) – степень влажности – отношение массы жидкой фазы к массе ВНП;

r, Дж/кг - скрытая теплота парообразования – количество теплоты, необходимое для полного превращения 1 кг кипящей жидкости в СНП. , где r - внутренняя теплота парообразования (изменение внутренней потенциальной энергии); y - внешняя теплота парообразования (работа расширения ВНП), y ~ пл. b_obcc_ob_o (см. рис 8.3);

точка c – СНП; cd – изобарный перегрев пара (степень перегрева–

разность температур перегретого пара (ПП) и СНП при p=const), т.е.

(); cd ¢ - изотермический перегрев пара (степень перегрева ().

Обозначения параметров и функций жидкости и пара:

жидкость при 0°C: , , , .

жидкость в начале кипения: , , , .

                                  ВНП: , , , .

                                  СНП: , , , .

                                  ПП: , , , .

При увеличении  возрастают  и незначительно  и уменьшаются  и .

Линия T_o=const – жидкость при 0°C.

Линия x=0 –нижняя пограничная кривая (НПК), соответствует состоянию жидкости в начале кипения.

Линия x=1 – верхняя пограничная кривая (ВПК) – СНП.

На пересечении линий T_o=const и x=0 (НПК) находится тройная точка (А) воды, обозначающая трехфазное состояние (твердое – лед, жидкое, парообразное).

Параметры точки А: p=610 Па; t=0°C; v=0,001м³/кг.

На пересечении линий НПК и ВПК находится точка k – критическая точка, в которой исчезает различие между жидкой и газовой фазами. В точке k теплота парообразования r =0.

Параметры в точке k: p_к=22,06 МПа; T_k=374,1 °C; v_к=0,00306 м³/кг.

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология