Căldura de evaporare №1

Lucrare de laborator nr. 4.

Căldura de evaporare №1

1. O scurtă teorie

Evaporarea este trecerea materiei de la lichid la stare gazoasă. În timpul evaporării, moleculele părăsesc suprafața lichidului, formând perechi de deasupra acestuia. Numai cele mai rapide molecule pot scăpa din lichid în spațiul din jur, deoarece numai ele pot depăși forțele de atracție care acționează în stratul de suprafață al lichidului. Ca rezultat al scăpării moleculelor rapide, lichidul se răcește. Pentru a-și menține temperatura, este necesară o aprovizionare constantă cu căldură.

Cantitatea de căldură care trebuie raportată unei substanțe pentru ao transforma dintr-un lichid într-o stare gazoasă la o temperatură constantă și o presiune constantă se numește căldura de evaporare (sau căldura de vaporizare).

Căldura de evaporare a lichidelor poate fi măsurată direct cu ajutorul unui calorimetru. O astfel de metodă, totuși, nu permite obținerea unor rezultate exacte datorită pierderilor necontrolate de căldură, care este dificil de făcut mici. În această lucrare, pentru a determina căldura de evaporare, aplicăm o metodă indirectă bazată pe ecuația Clapeyron-Clausius:

Aici P este presiunea saturată de vapori a lichidului la temperatura T, T este temperatura absolută a lichidului și a vaporilor,

Căldura de evaporare №1
Căldura specifică de evaporare a lichidului,
Căldura de evaporare №1
- volumul specific de lichid,
Căldura de evaporare №1
- volumul specific de abur.

Dacă se cunoaște căldura specifică de evaporare

Căldura de evaporare №1
și volume specifice
Căldura evaporării №1
și
Căldura de evaporare №1
de temperatură, ecuația (1) poate fi integrată, iar dependența presiunii saturate a vaporilor de temperatura poate fi găsită în mod explicit. În cea mai brută aproximație, putem presupune că cantitatea
Căldura evaporării №1
nu depinde de temperatură, iar volumul specific al lichidului poate fi neglijat în comparație cu volumul specific al vaporilor. În plus, putem presupune că ecuația de stare a unui gaz ideal (ecuația Mendeleev-Clapeyron) este aplicabilă vaporilor, din care exprimăm volumul specific al vaporilor:
Căldura de evaporare №1
.

În aproximația adoptată, Eq. (1) devine o ecuație diferențială:

Căldura evaporării №1
,

integrarea pe care o obținem:

unde

Căldura evaporării №1
Presiunea aburului presat la temperatura inițială
Căldura de evaporare №1
.

Relația (2) face posibilă determinarea căldurii specifice de evaporare, cunoscând dependența presiunii saturate a vaporilor de temperatura. Lucrarea de laborator este dedicată determinării căldurii specifice de evaporare a apei.

2. Instalare experimentală. METODA EXPERIMENTALĂ

Experimentul se efectuează pe o instalație prezentată schematic în figură. Instalația constă dintr-un termostat umplut cu apă, elemente de încălzire, un sistem de răcire (nereprezentat în figură), două baloane cu gaze de testare și instrumente de măsurare.

H

Căldura evaporării №1
Elementele agresive sunt folosite pentru a crește temperatura în sistem. Pentru încălzirea uniformă a sistemului, apa este amestecată constant cu aerul furnizat de compresor. Elementele de încălzire și compresorul sunt pornite și deconectate de la panoul de comandă. Înainte de începerea funcționării, macaralele K1 și K2 se deschid, apoi se închid. Acest lucru este necesar pentru ca presiunea din baloane la momentul inițial să fie egală cu presiunea atmosferică. Termometrul măsoară temperatura apei în care baloanele cu aer uscat și umed sunt scufundate. Parametrii de instalare sunt astfel încât încălzirea apei este lentă, iar gazul din flacoane are timp să se încălzească la aceeași temperatură cu apa din sistem. Manometrele M1 și M2 prezintă presiunea în exces în baloane cu aer uscat și umed.

Pe baza rezultatelor măsurătorilor, se poate calcula presiunea saturată a vaporilor prin formula:

unde P1 și P2 sunt citirile manometrelor M1 și respectiv M2, T este temperatura din sistem

Căldura de evaporare №1
Presiunea aburului presat la temperatura inițială
Căldura de evaporare №1
(această valoare este cunoscută).

Conform experienței, un grafic al dependenței

Căldura de evaporare №1
de la
Căldura de evaporare №1
.

Conform ecuației (2), punctele experimentale trebuie să se afle pe linia care trece prin origine. Graficul determină panta acestei linii

Căldura de evaporare №1
și se găsește căldura specifică de evaporare a apei.

Se poate observa din ecuația (2) că

Căldura de evaporare №1
și, prin urmare:
Căldura de evaporare №1
.

3. Măsurători. Prelucrarea rezultatelor măsurătorilor

1. Citiți dispozitivul de instalare și componentele acestuia.

2. Îndepărtați dependența citirilor manometrelor P1 și P2 de temperatura și calculați presiunea de vapori saturată P pentru fiecare temperatură utilizând formula (3). În funcție de experiență, faceți un tabel:

Articole similare