Формула также может быть использована для расчета конденсации. Количество тепла «Q» должно рассматриваться как отрицательное значение и обозначаться знаком «-«. Отрицательное значение количества тепла указывает на соотношение между расходом этого количества при конденсации и его выделением в среду.
Чему равна удельная теплота парообразования воды, как ее определить?
Вода имеет три основных агрегатных состояния: жидкое, твердое и газообразное. Для перехода из одного состояния в другое требуется определенное количество энергии.
Дано определение удельной теплоты парообразования воды, приведена зависимость этого параметра от различных характеристик, формула и примеры расчета, в статье описана область применения этой величины.
- Что это за параметр, в чем измеряется?
- От чего зависит теплоемкость водяного пара?
- Как меняется при изменении температуры?
- Зависимость от t° и давления
- Как найти?
- Формула и правила расчета
- Несколько примеров
Что это за параметр, в чем измеряется?
Удельная теплота парообразования — это часть энергии, затрачиваемая на переход определенной массы воды из жидкого в газообразное состояние.
Эта энергия является тепловой и возникает в результате температуры, до которой жидкость нагревается источником тепла. Этот параметр также относится к конденсации водяного пара в жидком состоянии.
Единицей измерения удельного тепла является джоуль на килограмм массы (Дж/кг). Этот параметр обозначается латинской буквой «L».
Удельная теплоемкость воды определяется по температуре кипения 100 градусов и составляет 2,26*106 Дж/кг или 2,26 мДж. Он также приводится в килокалориях на килограмм массы (ккал/кг) и соответствует 4,1 Дж.
Значение удельной теплоты парообразования равно значению конденсации при тех же температуре и массовых параметрах воды. Это связано с тем, что часть тепла выделяется при обратном переходе от пара к жидкости.
От чего зависит теплоемкость водяного пара?
Удельная теплоемкость воды зависит от следующих параметров:
- Масса воды. Чем меньше количество жидкости, тем меньше энергии затрачивается на ее разогрев до температуры кипения.
- От величины давления. При низком давлении вода испаряется при более низкой температуре, а, значит, тепловой энергии затрачивается меньше.
- Температура. При высокой температуре образование пара происходит быстрее, так как необходимая доля энергии передается за меньшее количество времени.
- Состав воды. Чистая воды требует меньше энергии. Посторонние элементы и смеси увеличат удельную теплоту за счет потери энергии на их прогрев.
- Площадь нагреваемой воды. Чем она больше, тем медленнее происходит нагрев. Это также зависит от температуры источника тепла и его площади, охватываемой передачей тепла.
Удельная теплота парообразования
Семинар по физике для 8 класса «Удельная теплота испарения». ЗНАНИЕ: Что такое удельная теплота парообразования? Как рассчитать количество тепла, необходимое для образования пара или выделяемое при конденсации?
Если вы выключите водонагреватель, когда вода закипит, она сразу же перестанет кипеть. Чтобы вода не перестала кипеть, ее температура не должна понижаться, т.е. вода должна получать достаточное количество тепла.
УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПАРООБРАЗОВАНИЯ
Для перехода из жидкого состояния в газообразное разным веществам требуется разное количество тепла.
Например, экспериментально установлено, что для преобразования 1 кг воды при температуре 100 °C в пар требуется 2,3 — 10 6 Дж энергии. Для испарения 1 кг спирта до температуры кипения требуется 0,9 — 10 6 Дж энергии.
Для преобразования 2 кг воды при 100 °C в пар при 100 °C требуется вдвое больше теплопередачи, чем для преобразования 1 кг воды в пар, т.е. 4,6 — 10 6 Дж. Аналогично, для превращения 2 кг спирта при температуре кипения в пар требуется 1,8 — 10 6 Дж энергии.
Поэтому количество тепла, необходимое для превращения жидкости при температуре кипения в пар, пропорционально массе жидкости.
Количество тепла также зависит от природы жидкости. Поэтому формула для определения количества тепла, необходимого для преобразования жидкости массой m в пар при температуре кипения, должна быть записана в следующем виде:
Q = Lm, (1) где L — величина, характеризующая тепловые свойства жидкости.
Если масса жидкости равна 1, то значение L по формуле (1) соответствует количеству тепла, необходимого для превращения жидкости массой 1 кг в пар при температуре кипения:
L = Q / m, (2)
Физическая величина, показывающая, какое количество тепла необходимо для превращения жидкости массой 1 кг в пар при постоянной температуре, называется удельной теплотой парообразования.
Удельная теплота парообразования обозначается буквой L. Его единицей является джоуль на килограмм (Дж/кг).
Так, если для превращения 1 кг воды в пар при температуре 100 C требуется 2,3 — 10 6 джоулей энергии, то удельная теплота парообразования воды равна 2,3 — 10 6 Дж/кг. Затраченная энергия используется для увеличения внутренней энергии вещества.
Удельная теплота парообразования показывает, на сколько увеличивается внутренняя энергия вещества массой 1 кг при переходе из жидкого состояния в газообразное при температуре кипения. Таким образом, при температуре кипения внутренняя энергия вещества в парообразном состоянии больше, чем внутренняя энергия той же массы вещества в жидком состоянии.
Энергия, необходимая для перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, намного больше, чем энергия, необходимая для нагрева вещества до температуры кипения или энергия, необходимая для плавления вещества.
Например, для плавления 1 кг льда при температуре 0°C требуется 340 кДж энергии. Чтобы нагреть 1 кг воды от 0°C до 100°C, необходимо затратить 420 кДж, а для преобразования этой воды в 1 кг пара, также при температуре 100°C, требуется 2260 кДж (≈2,3 — 10 6 Дж) энергии.
ВЫДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ
Когда водяной пар вступает в контакт с холодными предметами, он конденсируется. Пар отдает то количество тепла, которое было использовано для его образования.
Например, если для превращения 1 кг воды в пар при температуре 100 °C требуется 2,3 — 10 6 Дж энергии, то точно такое же количество тепла будет получено при конденсации 1 кг водяного пара при той же температуре.
Сколько энергии требуется для превращения 3 кг воды при температуре 10 °C в пар? Запишите состояние проблемы и решите ее.
Реакция.
Вы узнали об «удельной теплоте испарения» на уроке физики в 8 классе.
8 класс
Кипение, как мы видели, также является парообразованием, за исключением того, что оно сопровождается быстрым образованием и ростом пузырьков пара. Очевидно, что при кипении к жидкости необходимо подвести определенное количество тепла. Это количество тепла используется для производства пара. Различные жидкости с одинаковой массой требуют разного количества тепла для превращения в пар при температуре кипения.
Эксперименты показали, что для испарения 1 кг воды при температуре 100 °C требуется 2,3 — 10 6 Дж энергии. Для испарения 1 кг эфира, полученного при температуре 35 °C, требуется 0,4 — 10 6 Дж энергии.
Поэтому к жидкости необходимо добавить определенное количество тепла, чтобы температура испаряющейся жидкости не изменилась.
Физическая величина, показывающая, какое количество тепла необходимо для превращения жидкости массой 1 кг в пар без изменения температуры, называется удельной теплотой парообразования.
Удельная теплота парообразования обозначается буквойL. Его единица измерения — 1 Дж/кг.
Эксперименты показали, что удельная теплота парообразования воды при 100 °C составляет 2,3 — 10 6 Дж. Другими словами, было достигнуто преобразование воды в пар. Другими словами, для превращения 1 кг воды в пар при температуре 100 °C требуется 2,3 — 10 6 Дж энергии. Поэтому при температуре кипения внутренняя энергия вещества в парообразном состоянии больше, чем внутренняя энергия той же массы вещества в жидком состоянии.
Таблица 6. Удельная теплота парообразования некоторых веществ (при температуре кипения и нормальном атмосферном давлении)
Вещество LДж/кг Вода 2,3 — 10 6 Аммиак (жидкий) 1,4 — 10 6 Алкоголь 0,9 — 10 6 Эфир 0,4 — 10 6 Ртуть 0,3 — 10 6 Воздух (жидкость) 0,2 — 10 6 Когда водяной пар вступает в контакт с холодным предметом, он конденсируется (Рисунок 25). При этом высвобождается энергия, поглощенная при образовании пара. Точные эксперименты показали, что когда пар конденсируется, он возвращает энергию, затраченную на его образование.
Так, при превращении 1 кг водяного пара при температуре 100 °C в воду при той же температуре выделяется 2,3 — 10 6 Дж энергии.
Как видно из сравнения с другими веществами (Таблица 6), эта энергия довольно высока.
Энергия, выделяемая при конденсации пара, может быть использована. На крупных тепловых электростанциях вода нагревается паром, вырабатываемым турбинами.
Нагретая таким образом вода используется для отопления зданий, ванных комнат, прачечных и других бытовых нужд.
Для расчета количества теплаQнеобходимая для превращения жидкости любой массы в пар при температуре ее кипения, — это удельная теплота парообразованияLумноженное на массуm:
Из этой формулы можно сделать вывод, что
Количество теплоты массы параmкоторая конденсируется при температуре кипения, определяется по той же формуле: Q = Lm. .
Вопросы:
1. какая энергия вводится в жидкость и расходуется при кипении?
2) Что такое удельная теплота парообразования?
3) Как можно экспериментально доказать, что при конденсации пара выделяется энергия?
4. какая энергия выделяется при конденсации 1 кг водяного пара?
5. где энергия, выделяемая при конденсации водяного пара, используется в технике?
Упражнения:
Упражнение № 16.
1. какова удельная теплота парообразования воды, которая составляет 2,3 — 10 6 Дж/кг?
2. какова удельная теплота конденсации аммиака, которая составляет 1,4 — 10 6 Дж/кг?
3. для какого из веществ, перечисленных в таблице 6, внутренняя энергия увеличивается больше всего при переходе из жидкого состояния в парообразное? Ответьте на этот вопрос.
4. какое количество энергии необходимо для превращения воды массой 150 г в пар при температуре 100 °C?
5. Сколько энергии требуется, чтобы довести воду массой 5 кг до температуры кипения при 0 °C и испариться?
6. Сколько энергии выделяется при охлаждении 2 кг воды от 100 °C до 0 °C? Какое количество энергии выделится, если вместо воды при температуре 100 °C взять такое же количество водяного пара?
Удельная теплота парообразования некоторых веществ
Информацию о значениях удельной теплоты парообразования для конкретного вещества можно найти в технических руководствах или в их электронных версиях в Интернете. Обычно они приводятся в виде таблицы «Удельная теплота парообразования, L».
Вещество
10 5 * Дж/кг
ккал/кг
Вещество
10 5 * Дж/кг
ккал/кг
