Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
Выпараюцца не толькі вадкасці, але і цвёрдыя целы, напрыклад нафталін і камфара. Выпараецца і лёд. Гэтым тлумачыцца высыханне мокрай бялізны на марозе. Выпарэнне цвёрдых цел называецца вазгонкай, або сублімацыяй.
173
110. Ахаладжэнне пры выпарэнні. Пры ператварэнні вадкасці ў пару малекулы вадкасці, пераадольваючы сілы счаплення ў паверхневым слоі, выконваюць работу. Паколькі з вадкасці вылятаюць
малекулы, якія маюць вялікую скорасць, то сярэдняя скорасць
малекул вадкасці, што засталіся, памяншаецца, памяншаецца іх
кінетычная энергія. Таму, калі няма прытоку энергіі да вадкасці звонку, выпарэнне вядзе да памяншэння ўнутранай энергіі вадкасці, у выніку чаго вадкасць ахалоджваецца.
Рыс. 178а. Схема будовы кампрэсійнага халадзільніка.
Ахаладжэнне вадкасці пры выпарэнні лёгка назіраць, абгарнуўшы кісяёй або ватай шарык тэрмометра і паліўшы яго эфірам. Эфір, які хутка выпараецца, адымае частку ўнутранай энергіі ад шарыка тэрмометра, у выніку чаго тэмпература апошняга значна паніжаецца. Калі наліць на драўляную падстаўку тонкі слой вады і паставіць на яго шклянку з эфірам, то эфір пры абдзіманні паветрам хутка выпа
раецца і тэмпература настолькі паніжаецца, што шклянка пры
мярзае да падстаўкі.
З’ява ахаладжэння пры выпарэнні вадкасці шырока выкарысюўваецца ў практыцы. Пры перавозцы прадуктаў, якія хутка псуюцца, для ахаладжэння вагонаў у спецыяльных прыстасаваннях выпараюць вадкі аміяк або вадкі двухвокіс вугляроду.
Для атрымання лёду ў халадзільных устаноўках выпараецца вадкі аміяк у змеевіках, якія праходзяць праз раствор солі і ахалоджваюць яго ніжэй 0 С. У раствор солі змяшчаюць формы з ліставой сталі, напоўненыя вадой; у гэтых формах, якія абмываюцца ахалоджаным расолам, і ўтвараюцца блокі лёду.
У цяперашні час шырокае прымяненне ў быту атрымалі электрычныя халадзільнікі. Разгледзім прынцып дзеяння кампрэсійнага халадзільніка (рыс. 178а). Гэты халадзільнік складаецца з трох асноўных частак: кампрэсара А, кандэнсатара В і выпаральніка С.
У змеевікукандэнсатары пры дапамозе кампрэсара А сціскаюць якоенебудзь рэчыва, якое лёгка пераходзіць з газападобнага стану ў вадкі і з вадкага стану ў газападобны. У якасці такіх рэчываў (якія называюцца ў тэхніцы халадзільнымі агентамі) прымяняюцца: аміяк, фрэон12 (дыфтордыхлорметан — CF2C12), сярністы ангідрыд і інш.
Пры сцісканні халадзільны агент ператвараецца з газападобнага стану ў вадкі. Адначасова з гэтым кампрэсар стварае ў змеевікувыпаральніку С разрэджанне. Тады праз рэгулюючы вентыль К накіроўваецца вадкі халадзільны агент, які хутка там выпараецца. Выпарэнне суправаджаецца паглынаннем энергіі ад сценак змеевіка С, паветра, якое судакранаецца з ім, і далей ад прадуктаў, якія знаходзяцца ў халадзільнай камеры. У выніку гэтага ў халадзільнай камеры зніжаецца тэмпература і прадукты ахалоджваюцца.
Кампрэсар прыводзіцца ў дзеянне электрарухавіком.
174
а b с о'
Рыс. 179. ГІрыбор для вымярэння ціску насычаючай пары вады. спірту і эфіру.
У гарачых краінах ваду звычайна тры.маюць у порыстых гліняных сасудах. Вада, якая прасочваецца праз поры сасуда, выпараецца„ у выніку чаго астатняя вада ў сасудзе застаецца халоднай.
111. Насычаючая пара. Дзякуючы ўласнаму цеплавому руху, а таксама руху паветра, вылецеўшыя з вадкасці малекулы паступова рассейваюцца ў акружаючай прасторы. У выніку гэтага выпарэнне з адкрытай паверхні вадкасці адбываецца да таго часу, пакуль уся вадкасць не выпарыцца.
Уявім сабе цяпер, што вадкасць знаходзіцца ў закрытым сасудзе. У такім сасудзе адначасова з працэсам параўтварэння адбываецца і адваротны працэс — ператварэнне пары ў вадкасць. Частка малекул пары, у выніку цеплавога руху наблізіўшыся да паверхні вадкасці, вяртаецца ў вадкасць. Аднак спачатку лік малекул, якія пакідаюць вадкасць, будзе большы, чым лік малекул, якія вяртаюцца зпоў у вадкасць. Таму шчыльнасць пары ў сасудзе будзе пастуіюва павялічвацца. 3 павелічэннем шчыльнасці пары павялічыцца і лік малекул яе, якія пападаюць зноў у вадкасць. Нарэшце, надыйдзе такі момант, пачынаючы з якога лік малекул, вылятаючых з вадкасці ў адзінку часу, акажацца роўным ліку малекул, якія вяртаюцца назад у вадкасць. 3 гэтага моманту лік малекул пары пад вадкасцю робіцца пастаянным. Надыходзіць так ззаная дынамічная (рухомая) раўнавага паміж парай і вадкасцю. Пара, якая знаходзіцца ў дынамічнай раўнавазе са сваёй вадкасцю, называецца насычаючай парай.
112. Ціск насычаючай пары. У замкнутым сасудзе, які змяшчае вадкасць, паміж вадкасЦю і парай, як мы ведаем, устанаўліваецца
стан рухомай раўнавагі. Пры павышэнні тэмпературы павялічваецца колькасць малекул вадкасці, якія набываюць энергію. дастатковую для вылету з вадкасці. Скорасць выпарэння вадкасці пры гэтым узрастае, раўнавага паміж парай і вадкасцю парушаецца, і колькасць пары над вадкасцю павялічваецца. Гэта прыводзіць да павелічэння шчыльнасці і ціску насычаючай пары.
Такім чынам, ціск насычаючай пары ўзрастае з павелі
чэннем яе тэмпературы.
Ціск насычаючай пары дадзеных вадкасцей пры аднолькавай тэмпературы залежыць ад роду гэтых вадкасцей. Гэтую залежнасць можна паказаць на паступным доследзе. У сасуд з ртуццю апускаюць некалькі бараметрычных трубак, напоўненых ртуццю (рыс. 179). Трубка a служыць барометрам. У трубку b уводзяць піпеткай ваду, частка якой хутка выпараецца ў «тарычэліевай пустаце», а частка застаецца ў выглядзе вадкасці над ртуццю (прыкмета таго, што над ртуццю
знаходзіцца насычаючая вадзяная пара). У трубку с уводзяць спірт і ў трубку d — эфір. Паколькі ціск насычаючай пары ртуці ў «тарычэліевай пустаце» мізэрны, то рознасць паміж вышынямі ртўці ў барометры і ў кожнай з астатніх трох трубак пакажа ціск насычаючай пары дадзенай вадкасці.
Найбольшы ціск, як паказвае дослед, мае пара эфіру, меншы — пара спірту і яшчэ меншы — пара вады. Пры тэмпературы 20°С пругкасць насычаючай пары гэтых рэчываў выражаецца наступнымі лічбамі (у мм рт. сл.):
Вада..............ht — 17.5
Спірт.............А2 = 44,5
Эфір..............А3 = 437
аб’
113. Незалежнасць ціску і шчыльнасці насычаючай пары ад яе 'ёму. Нальём у глыбокі
сасуд Д ртуці і апусцім у яго доўгую
Рыс. 180. У трох розных становішчах трубкі ртуць застаецца ва адным узроўні.
напоўненую ртуццю трубку В. На рыс. 180 паказана верхняя частка гэтага прыбора ў трох становішчах.
Увядзём унутр трубкі В столькі эфіру, каб частка яго пры гэтым выпарылася, а частка засталася на паверхні ртуці ў выглядзе вадкасці. У прасторы над вадкім эфірам знаходзіцца насычаючая пара, ціск якой ровен Н — h, дзе Н — ціск атмасферы, a h — вышыня слупа ртуці ў трубцы1. Тэмпература прыбора на працягу ўсяго доследу падтрымліваецца пастаяннай.
Падымем цяпер трубку В уверх. Гэтым мы павялічым аб’ём, займаемы парай. Шчыльнасць пары ў першы момант паменшыцца. Але пры гэтым зараз жа парушыцца рухомая раўнавага паміж парай і вадкасцю. Лік малекул пары, якія вяртаюцца ў вадкасць, акажацца меншым за лік малекул, якія вылятаюць з вадкасці. Вадкасць будзе
выпарацца да таго часу, пакуль шчыльнасць пары не дасягне раненшай велічыні. Вышыня слупа ртуці застанецца ранейшай значыць, ціск пары эфіру пры павелічэнні яго аб’ёму не змяняецца, колькасць жа вадкага эфіру над ртуццю памяншаецца (рыс. 180, б).
Апусцім цяпер трубку ўглыб сасуда; гэтым мы ,паменшым аб’ём, які займае пара, у выніку чаго ў першы момант павялічыцца яе шчыльнасць і слупок ртуці злёгку апусціцца. Рухомая раўнавага пары і вадкасці пры гэтым парушыцца, у выніку чаго частка пары пяройдзе ў вадкасць. Слупок вадкага эфіру над ртуццю павялічыцца.
1 Вагу слупка вадкага эфіру можна не ўлічваць, бо яна вельмі малая ў параўнанні з вагой слупа ртуці.
176
вышыня ж слупа ртуці акажацца зноў ранейшай, г. зп. ціск пары эфіру не зменіцца (рыс. 180, в).
Шчыльнасць і ціск насычаючай пары ў прысутнасці вадкасці не змяняюцца ні пры памяншэнні, ні пры павелічэнні аб’ёму, займаемага насычаючай парай, калі толькі тэмпература вадкасці і пары застаецца пастаяннай.
Ціск насычаючай пары дадзенай вадкасці пры дадзенай тэмпературы ёсць велічыня пастаянная; яна змяняецца толькі са змяненнем тэмпературы.
114. Ненасычаючая пара. Калі ў прасторы, якая змяшчае пару якойнебудзь вадкасці, можа адбывацца далейшае выпарэнне гэтай вадкасці, то пара, якая знаходзіцца ў гэтай прасторы, называецца н е н а с ы ч а ю ч а й п a р а й.
Рыс. 181. Дэманстрацыя пераходу ненасычаючай пары ў насычаючую.
Рыс. 182. Графік ператварэння ненасычаючай пары ў вадкасць.
Змяняючы аб’ём ненасычаючай пары, мы заўважым, што ціск яе таксама змяняецца: пры памяншэнні аб’ёму ціск павялічваецца, а пры павелічэнні аб’ёму ціск памяншаецца.
Няхай трубка В паднята так высока, што ў ёй знаходзіцца ненасычаючая пара (рыс. 181, а). Ціск гэтай пары ровен Н—h, дзе Н — атмасферны ціск. Калі пасля гэтага апускаць трубку, то ўзровень ртуці ў ёй будзе паніжацца: Лі
КНІГІ ОНЛАЙН
