3. Твёрдое, жидкое и газообразное состояние вещества. Диаграмма изменения состояния

Любое вещество может находиться в З-х основных агрегатных состояниях, твёрдом, жидком и газообразном.

Если проводить нагрев твердого вещества при постоянном давлении в установке имеющей вид,

то можно наблюдать все 3 агрегатных состояния. По мере прогрева твердого вещества при постоянном давлении, меняется его температура до тех пор, пока не начнется превращение твёрдого вещества в жидкое.

При дальнейшем подводе тепла идёт превращение твердого вещества в жидкое, при этом температура не меняется.

После превращения всего вещества в жидкость при подводе тепла растет температура жидкости, до тех пор, пока не начнется превращение жидкости в газ (пар). При фазовом превращении жидкости в газообразное состояние, при неизменном давлении температура также не меняется.

Температура и давление при которых жидкость превращается в газ носит название температуры и давления насыщения (кипения).

Температура и давление насыщения каждого вещества связаны зависимостью, графическое изображение которой носит название линии насыщения. Для большинства веществ она имеет вид:

Процесс фазового превращения жидкости в газ сопровождается обязательным подводом тепла, которое может быть характеризовано теплотой парообразования .

Определение:

Теплота парообразования численно равна количеству тепла, которое необходимо подвести к 1кг жидкости, чтобы превратить его в пар при постоянном давлении (температуре) насыщения.

С ростом давления насыщения теплота парообразования уменьшается.

Изменение состояния вещества во всём диапазоне температур м.б., описана уравнением Боголюбова-Майера, использование которого требует наличие вычислительной техники. В инженерной практике часто используют диаграммы состояния, подученные обработкой экспериментальных данных на установках аналогичных рассмотренной.

Н а основании полученных измерений отроят диаграмму состояния, имеющую вид

- изотерма соответствующая температуре плавления, которая отделяет на диаграмме область твёрдого и жидкого состояния.

- линия, отделяющая область жидкого состояния от области влажного пара.

Под влажным паром понимают совокупность газообразного вещества и капельной живости.

Влажный пар характеризуется степенью сухости пара , где

(4.16)

Изотерма проходящая через (•) , носит название критической изотермы. При температуре выше критической, вещество не может существовать в жидком и твёрдом состоянии.

Точка носит название тройной точки. При данных условиях вещество может существовать во всех 3-х агрегатных состояниях.

4. Тепловые характеристики паров

Под тепловыми характеристиками паров понимают значение эн-тальпия, энтропия и внутренняя энергия, которая так же, как и параметры , и характеризуют состояние вещества.

Найдём зависимости , и от величин , и рассматривая изменение состояний в изобарном процессе.

4.1. Тепловые характеристики на линии .

Будем полагать, что при температуре плавления

; ; , тогда

энтальпия на нижней пограничной кривой (диагр.), определится из выражения

т.е. разность энгальпий численно равна количеству тепла, которое потребовалось на изобарный нагрев жидкости от температуры плавления до температуры насыщения, откуда

Из определения:

Интегрируя найдём энтропию:

или

Внутренняя энергия может быть найдена из определения энтальпии

, тогда , где:

, , энтальпия, энтропия, внутренняя энергия и удельный объём жидкости при температуре насыщения.