Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
Гэтай уласцівасцю пары тлумачыцца паценне халодных прадметаў, унесеных у цёплы пакой, утварэнне туману, расы і г. д. Такім чынам, пераход пары з ненасычаючага ў насычаючы стан дасягаецца двума шляхамі: 1) паніжэннем тэмпературы і 2) павышэннем ціску (памяншэннем аб’ёму).
Пераход назад з насычаючага ў ненасычаючы стан дасягаецца: 1) без змянення тэмпературы памяншэннем ціску (павелічэннем аб’ёму) і 2) павышэннем тэмпературы пары.
няцце пузырка; а —кіпенне вадкасці. Калі асцярожна награваць трубку, што змяшчае насычаючую нару (рыс. 180), то вадкасць, якая знаходзіцца над ртуццю, паступова выпарыцца, і пры далейшым награванні над ртуццю будзе ўжо пе
насычаючая пара.
У тэхніцы ненасычаючая пара, атрымліваемая шляхам перагрэву насычаючай пары, называецца перагрэтай парай. Для работы паравых рухавікоў у наш час прымяняюць выключна перагрэтую пару, якая мае тэмпературу ад 150° да 550°С.
115. Кіпенне. Будзем награваць ваду ў колбе, сочачы за яе тэмпературай і з’явамі, якія ў ёй адбываюцца.
Раней за ўсё заўважаем паяўленне ўнутры вадкасці невялікіх пузыркоў газу. Паяўленне гэтых пузыркоў тлумачыцца выдзяленнем
178
паветра, абсарбіраванага (паглынутага) сценкамі сасуда і вадой. Паколькі ўнутры кожнага пузырка адбываецца выпарэнне вады. то, акрамя паветра, пузыркі змяшчаюць насычаючую пару вады.
Пры далейшым ііаграванні вады пузыркі паветра з парай павялічваюцца ў размеры і робяцца больш шматлікімі. На рыс. 183 паказаны паслядоўныя стадыі росту аднаго з пузыркоў. Дасягнуўшы пэўнай велічыні (рыс. 183, а), пузырок адрываецца (рыс. 183, б) ад сценак
сасуда.
Пузыркі, якія падымаюцца, трапляючы ў верхнія, больш халодныя слаі вады, памяншаюцца ў размерах, паколькі пара, што ў іх змяшчаецца, кандэнсуецца і застаецца толькі вельмі малая коль
касць паветра, якое і выходзіць на паверхню (рыс. 183, в).
Калі ўся вадкасць дастаткова прагрэлася, пузыркі ўжо не прападаюць у верхніх слаях, але, падымаючыся, працягваюць расці і лопаюцца на паверхні вадкасці, вьц>ідваючы пару, якая ў іх змяшчаецца (рыс. 183, г).
Параўтварэнне, якое адбываецца адначасова ўнутры і з паверхні вадкасці, называецца к і п е н н е м.
Відавочна, што пры кіпенні ціск насычаючай пары ўнутры
Рыс. 184. Графік паніжэння тэмпературы кіпення вады з павелічэннем вышыпі над узроўнем мора.
пузыркоў такі, што ён можа пе
раадолець знешні атмасферны ціск, і пара з пузыркоў вырываецца вонкі. Гэта значыць, што кіпенне адбываецца пры такой тэмпературы, пры якой ціск насычаючай пары вадкасці ровен знешняму ціску на свабодную паверхню вадкасці.
Адсюль вынікае, што пры памяншэнні ціску на вадкасць тэмпература яе кіпення павінна паніжацца, а пры павелічэнні ціску — павы
шацца. Дослед пацвярджае гэты вывад.
Памесцім пад каўпак паветранага насоса шклянку з халоднай вадой. Мы заўважым, што пры дасягненні ў каўпаку пэўнага разрэджання халодная вада бурна закіпае.
Калі паставіць пад каўпак насоса шкелца гадзінніка з кропляй вады і разрадзіць паветра ў каўпаку, то вада спачатку закіпіць, а потым замерзне. Чаму? Справа ў тым, што на выпарэнне і кіпенне затрачваецца ўнутраная энергія вады; у выніку гэтага тэмпература кроплі вады паніжаецца да 0°С, і яна замярзае.
Як вядома, ціск паветра памяншаецца з павелічэннем вышыпі над узроўнем мора. Значыць, з падняццем уверх тэмпература кіпення вадкасці павінна памяншацца. Гэта пацвярджаецца доследам. На рыс. 184 графічна паказана змяненне тэмпературы кіпенпя вады ў залежнасці ад вышыні над узроўнем мора.
179
Тэмпература кіпення залежыць ад роду вадкасці. Напрыклад, пры атмасферным ціску ртуць кіпіць пры 357°С, карасін — пры 170—260°С (у залежнасці ад сорту), спірт — пры 78°С, эфір — пры 35°С, вадкі аміяк — пры 33°,4 С.
Тэмпература кіпення дадзенай вадкасці залежыць не толькі ад знешняга ціску, але і ад тых прымесей, якія знаходзяцца ў ёй.
Як правіла, наяўнасць у вадкасці растворанага цвёрдага рэчыва павышае тэмпературу яе кіпення. Так, напрыклад, вада, якая змяшчае 12% спажыўной солі, кіпіць пры 102°С. Калі ж павысіць канцэнтрацыю раствору прыкладна да 40%,то тэмпература кіпення ўзрасце да 108°С.
116. Удзельная цеплыня параўтварэння. Колькасць цеплыні, якая неабходна для ператварэння адзінкі масы вадкасці пры тэмпературы кіпення ў пару, называецца ўдзельнай цеплынёй параўтварэння.
Удзельная цеплыня параўтварэння выражаецца ў — і ——.
У наступнай табліцы паказаны велічыні ўдзелыіых цяплынь параўтварэння для некаторых вадкасцей пры тэмпературы кіпення гэтых вадкасцей пад атмасферным ціскам:
Рэчыва Удзельная цеплыня параўтварэння / кп.г \ Рэчыва Удзельная цеплыня параўтварэння (’)
Вада 539 Эфір 84
Аміяк 327 Серавуглярод . . 84
Спірт 204 Шкіпідар 70
Бензін 95 Ртуць 69
Для адной і той жа вадкасці ўдзельная цеплыня параўтварэння пры розных тэмпературах мае рознае значэнне. Гэта відаць з наступнай табліцы для вады:
Тэмпература 0° 50“ 100° 150° 200° 250° 300° 350° 374°
Удзельная цеплыня параўтва/ кал\ рэння 1 595 568 539 506 468 408 330 210 0
3 табліцы відаць, што ўдзельная цеплыня параўтварэння памяншаецца з павышэннем тэмпературы вадкасці.
Цеплыня параўтварэння выдзяляецца, калі пара кандэнсуецца ў вадкасць. На гэтым заснавана доследнае вызначэнне ўдзельнай цеплыні параўтварэння. Устаноўка для такога доследу паказана на рыс. 185.
180
Пара з колбы А праз прабірку В паступае ў каларыметр С з вадою, дзе кандэнсуецца, награваючы пры гэтым ваду. Абазначым масу вады ў каларыметры да ўпускання ў яе пары праз т, масу каларыметра з мяшалкай mlt удзельную цеплаёмкасць вады с, удзельную цеплаёмкасць каларыметра сн пачатковую тэмпературу вады і каларыметра Zb масу прапушчанай у ваду каларыметра пары т2 (знаходзіцца па рознасці масы вады ў каларыметры да і пасля прапускання ў яе пары), тэмпературу кіпення вады Z2, канчатковую тэмпературу вады ў каларыметры 0, шукаемую ўдзельную цеплыню параўтварэння вады L.
Рыс. 185. Устаноўка для вызначэння ўдзельнай цеплыні параўтварэння вады.
Колькасць цеплыні, атрыманая вадой і каларыметрам пры прапусканні пары:
Q = cm (0 — ZJ + с^ (9 — ZJ. (1)
Колькасць цеплыні, аддадзеная парай пры кандэнсацыі яе ў вадкасць, роўна т2Ь. Пры далейшым ахаладжэнні атрыманай вадкасці ад тэмпературы кандэнсацыі да канчатковай тэмпературы выдзеліцца колькасць цеплыні: cm2(t2— 6).
Усяго выдзяляецца цеплыні:
Q = Lm2 + cm2(t2 — 9). (2)
Прыраўніваючы правыя часткі роўнасці (1) і (2), складаем ураўненне цеплавога балансу:
cm (9 — ZJ + схтх (9 —ZJ = Lm2 + cm2(t2 — 9).
Адсюль атрымліваем формулу для вылічэння велічыні Li
L = [cm (6 — ZJ + с^ (9 — ZJ — ст2 (Z2 — 6)].
181
Пракпіыкаванне 31.
1. Выэначыць колькасць цеплыні. патрэбную для ператварэння 1 кг вады, узятай пры 0°С, у пару пры 100’С.
2. Колькі цеплыні выдзеліцца пры кандэнсацыі 100 а вадзяной пары. якая мае тэмпературу 100°С, і пры ахаладжэнні атрыманай вады да 20°С?
3. Удзельная цеплыня параўтварэння ў вады большая, чым у эфіра. Чаму ж афір, калі ім змачыць руку, мацней астуджвае яе, чым вада, у такіх выпадках?
4. У сасуд, які змяшчае 30 кг вады пры 0°С, уводзіцца 1,85 кг вадзяной пары, якая мае тэмпературу 100°С, у выніку чаго тэмпература вады робіцца роўнай 37°С. Знайсці ўдзельную цеплыню параўтварэння вады?
5. Якая колькасць цеплыні неабходна, каб ператварыць 1 кг лёду пры 0"С v пару пры 100°С?
6. Якая колькасць цеплыні неабходна для таго, каб 5 кг лёду пры — 10°С ператварыць у пару пры 100°С і затым нагрэць пару да 150C пры нармальным ціску?
., . . ., кал
Хдзельная цеплаемкасць вадзянон пары пры пастаянным ціску роўна 0,49 ;~ef,a,j '
7. Колькі кілаграмаў каменнага вугалю патрэбна спаліць для таго, каб ператварыць у пару 100 кг лёду, узятага пры 0’С? Каэфіцыент карыснага дзеяння
• ™„, ,, ккал
топкі 70%. Цеплатворная здольнасць вугалю 7000 —:—
117. Вільготнасць паветра. Акружаючае нас атмасфернае паветра ў выніку бесперапыннага выпарэння вады з паверхні вадаёмаў і раслінных покрываў заўсёды мае ў сабе вадзяную пару. Чым больш вадзяной пары знаходзіцца ў пэўным аб’ёме паветра, тым бліжэй пара да стану насычэння. 3 друтога боку, чым вышэйшая тэмпература паветра, тым большая колькасць вадзяной пары патрэбна для яго насычэння.
У залежнасці ад колькасці пары, якая знаходзіцца пры дадзенай тэмпературы ў атмасферы, паветра бывае рознай ступені вілыотнасці. Вызначэнне вільготнасці мае вялікае значэнне пры даследаванні розных з’яў у атмасферы, для некаторых відаў вытворчасці, захавання гігіены і г. д.
Велічыня, вымяраемая колькасцю вадзяной пары (у грамах), якая змяшчаецца ў 1 м3 паветра, называецца абсалютнай вільготнасцю паветра1.
Ведаючы абсалютную вільготнасць паветра, мы яшчэ не можам вызначыць, наколькі сухім або вільготным з’яўляецца паветра. Неабходна пры гэтым улічваць і тэмпературу паветра. Калі тэмпература нізкая, то дадзеная колькасць вадзяной пары ў паветры можа аказацца вельмі блізкай да насычэння, г. зн. паветра будзе сырым. Пры больш высокай тэмпературы тая ж колькасць вадзяной пары далёкая ад насычэння, паветра — сухое.
Для меркавання аб ступені вільготнасці паветра важпа ведаць, наколькі блізка ці далёка ад стану насычэння вадзяная пара, якая знаходзіцца ў паветры. Для гэтага ўводзяць паняцце адноснай вільготнасці.
1 У метэаралогіі прынята называць абсалютнай вільготнасшо ціск вадзяной пары, што змяшчаецца ў паветры, вымераны ў міліметрах ртутнага слупа.
182
Адноспай вільготнасцю паветра называецца адносіна абсалютнай вільготнасці да той колькасці пары, якая неабходна для насычэння \ м* паветра пры дадзенай тэмпературы.
Малекулы вадзяной пары трымаюць сябе гэтак жа, як малекулы газу, таму для пары мае месца тая ж залежнасць паміж шчыльнасцю і ціскам, якая ўстаноўлена для газу ў § 85. На гэтай падставе мы можам вызначыць адносную вільготнасць як адносіну ціску вадзяной пары, што змяшчаецца ў паветры, да ціску вадзяной пары, якая насычае паветра пры той жа тэмпературы.
Калі Do — колькасць пары, патрэбная для насычэння паветра, D — фактычная колькасць пары ў паветры, то адносная вільготнасць f пры дадзенай тэмпературы будзе роўна:
Такім чынам, каб вызначыць адносную вілыотнасць паветра. трэба абсалютную вільготнасць падзяліць на колькасць пары, неабходнай для насычэння 1 л3 паветра пры дадзенай тэмпературы.
КНІГІ ОНЛАЙН
