F PARA WODNA

PARA WODNA:

1.Narysować krzywe przejścia w układzie p-T dla wody. Nazwać poszczególne krzywe przejścia oraz obszary, na jakie dzielą one obszar w układzie p-T. Zaznaczyć punkt potrójny i punkt krytyczny.

2.Zdefiniować krzywą parowania w układzie p-T

Krzywa parowania – przejście z fazy ciekłej do gazowej. Rozpoczyna się w punkcie potrójnym, a kończy w punkcie krytycznym. Dalsze podgrzewanie pary otrzymanej na linii parowania prowadzi do przegrzania pary.

Jeżeli do zamkniętego naczynia z wodą będziemy dostarczać energię cieplną, to w miarę jej dopływu temperatura wody będzie rosła, aż do momentu kiedy jej wzrost ustanie – mimo dalszego podgrzewania. Przy tym objętość zawartości naczynia zacznie szybko rosnąć, czyli rozpocznie się parowanie cieczy, a więc przechodzenie cieczy w stan lotny. Można odróżnić dwa rodzaje parowania; powierzchniowe i wrzenie.

Parowanie powierzchniowe – odbywa się w dowolnej temperaturze, lecz tylko na powierzchni cieczy. Intensywność parowania powierzchniowego zależy od własności cieczy i jest tym większa im wyższa jest temperatura. Zależy ona też od stopnia nasycenia parą środowiska otaczającego. Gdy energia cieplna nie jest doprowadzana, wówczas parowanie powoduje obniżenie temperatury cieczy.

Wrzenie – jest to parowanie całej masy cieczy. Zależy ono od ciśnienia i rodzaju cieczy.

Jeżeli w parze znajdują się kropelki cieczy lub istnieje równowaga termodynamiczna pomiędzy cieczą i parą (tyle samo skrapla się i odparowywuje),to taką parę nazywa się nasyconą. Odróżnia się parę nasyconą mokrą ( zawierającą kropelki cieczy) i parę nasyconą suchą (brak cieczy tzn. stopień suchości równy jest jedności). Ostatni stan znajduje się na granicy pary nasyconej i przegrzanej. Jeżeli ostatnia kropla cieczy zamieni się w parę (wtedy jest to para nasycona sucha ) i będzie się dalej doprowadzać energię cieplną, to temperatura pary zacznie wzrastać. Taką parę nazywa się przegrzaną. Jej objętość też wzrasta. Temperatura graniczna nosi nazwę temperatury nasycenia lub wrzenia. Różnica temperatury pary przegrzanej a nasycenia nosi nazwę stopnia przegrzania.

3. Podać definicje punktu potrójnego i punktu krytycznego

Punkt krytyczny wody (temperatura krytyczna wody) to temperatura, powyżej której faza lotna wody staje się gazem. W stanie krytycznym ciepło parowania oraz napięcie powierzchniowe wody są równe zeru. By skroplić wodę w temperaturze powyżej krytycznej trzeba obniżyć jej temperaturę.

Punkt potrójny - to stan w jakim dana substancja może istnieć w trzech stanach skupienia równocześnie w równowadze termodynamicznej. Punkt ten określony jest przez temperaturę i ciśnienie punktu potrójnego.

4.W jakich warunkach przy izobarycznym ogrzewaniu ciało stałe przechodzi bezpośrednio w stan gazowy? Zaznaczyć tę przemianę na wykresie krzywych przejścia w układzie p-T

Sublimacja –bezpośrednie przejście ciała stałego do stanu gazowego, może zachodzić w każdej temperaturze, w której może istnieć równocześnie stan stały i gazowy danej substancji.

Ogrzewanie pod stałym ciśnieniem substancji znajdującej się w stanie określonym przez położenie punktu A przeprowadza układ w kierunku punktu B kolejno przez trzy fazy: stałą, ciekłą i gazową. Kiedy jednak proces ogrzewania rozpoczyna się w punkcie C wówczas przejście do stanu gazowego (punktu D) odbędzie się z pominięciem fazy ciekłej (sublimacja).

5. W jakich warunkach można skroplić gaz przez izotermiczne sprężanie? Zaznaczyć tę przemianę na wykresie krzywych przejścia w układzie p-T

Skraplanie gazu - Proces skraplania pary wodnej jest w stanie zachodzić przez jej sprężanie izotermiczne, chłodzenie pod stałym ciśnieniem, rozprężanie. Skraplanie gazu jest w stanie pojawiać się tylko w temperaturze mniejszej niż jego temperatura krytyczna. Jeżeli temperatura gazu jest większa niż krytyczna, to trzeba go po sprężeniu ochłodzić.

DODATKOWO OPIS TEGO I WYŻEJ NA WYKRESIE JEST ZAZNACZONE.

(wykres jak w zad. 4 ) W punkcie A rozpoczyna się skraplanie, czyli tworzenie się fazy ciekłej. Para nienasycona, będąc w fazie gazowej, wskutek sprężania zwiększa swą gęstość i w punkcie A osiąga gęstość pary nasycanej w temperaturze , czyli staje się parą nasyconą. Dalsze zmniejszanie objętości powoduje skraplanie pary nasyconej. Proces ten odbywa się wzdłuż prostej AD, przy stałym ciśnieniu. Przy zmniejszeniu się objętości na odcinku coraz więcej gazu ulega skropleniu. W naczyniu współistnieją wtedy dwie fazy - ciecz i para nasycona. W punkcie D cały gaz ulega skropleniu i następuje gwałtowny wzrost ciśnienia, ponieważ ściśliwość cieczy jest wielokrotnie mniejsza od ściśliwości gazów.

Fakt, że w punkcie A rozpoczyna się skraplanie nie oznacza, że odcinek krzywej AB jest dla gazu nieosiągalny. Proces skraplania rozpoczyna się na istniejących zwykle w gazie niejednorodnościach, które są centrami kondensacji. Jeśli proces sprężania przeprowadzany jest ostrożnie a gaz nie zawiera zanieczyszczeń możliwe jest przemieszczenie się do punktu B. Gaz w takim stanie nazywamy parą przesyconą. Analogicznie do efektu powstawania pary przesyconej możliwe jest przejście w odwrotnym kierunku - od punktu D do punktu C. Uzyskujemy wtedy stan cieczy przegrzanej. Stany te są stanami metastabilnymi. Oznacza to, że wystarczy niewielkie zaburzenie, aby wyprowadzić ciecz lub gaz z takiego stanu. Następuje wtedy gwałtowna kondensacja (w przypadku pary przesyconej) lub wrzenie cieczy (w przypadku cieczy przegrzanej). Proces skraplania bądź wrzenia rozpoczyna się na występujących niejednorodnościach, a następnie obejmuje cała objętość.

6. Omówić kolejne fazy procesu izobarycznego parowania wody

Izobaryczny proces parowania.

1 punkt pęcherzyków, punkt cieczy nasyconej

1-2 para nasycona (mokra), para mokra

2 punkt rosy, para sucha

Para nasycona to gaz w równowadze z cieczą, z której powstała. Para ta ma największe możliwe dla danej temperatury ciśnienie i gęstość. Ciśnienie pary nasyconej jest niezależne od objętości. Zmniejszanie objętości w stałej temperaturze powoduje skraplanie pary, a stan równowagi w dalszym ciągu istnieje. Zwiększanie objętości powoduje wyparowanie cieczy bez obniżenia ciśnienia pary nasyconej.

Temperatura punktu rosy jest temperaturą powietrza wilgotnego, do której można je schłodzić bez wydzielania się z niego wilgoci, czyli do uzyskania przez to powietrze stanu nasycenia.

Para sucha to para nie zawierająca cząsteczek cieczy

7. Podac definicję stopnia suchości pary wodnej

Stopień suchości pary wodnej - Parametr określający zawartość cieczy w parze.

mokrej.

x= Gp/G Gp – masa pary nasyconej suchej G – masa całego układ

8.Zdefiniować entalpię parowania. Od czego zależy ta wielkość? W jakich warunkach entalpia parowania =0

Ciepło jakie trzeba dostarczyć w celu odparowania 1 mola cząsteczek w

warunkach stałego ciśnienia i stałej temperatury nosi nazwę entalpii

parowania cieczy.

Równa jest zeru gdy Tw= 273 K = 20 C, ciśnienie p= 01, MPa

9. Zdefiniować parę nasyconą mokrą. Podać wzór na obliczanie objętości właściwej pary nasyconej mokrej

Para mokra - to mieszanina pary nasyconej i cieczy nasyconej. Ma temperaturę równą temperaturze parowania cieczy przy danym ciśnieniu, czyli temperaturze nasycenia.

v= v’ = x( v” – v’ )

10. Na wykresie p-v wody narysować przebieg izobar, izochor, izoterm oraz linii stałej wartości stopnia suchości pary wodnej. Zaznaczyć obszary cieczy, pary wodnej nasyconej mokrej i pary przegrzanej. Zaznaczyć pnkt krytyczny

Izobara-izoterma

W obszarze pary przegrzanej przemianę izobaryczną przedstawia odcinek prostej (odcinek 3-4)

IZOCHORA

w obszarze pary przegrzanej przemiana izochoryczna 3-4 jest podobnie jak przemiana 1-2 odcinkiem linii prostej.

IZOTERMA - IZOBARA

W obszarze pary nasyconej wilgotnej izoterma pokrywa się z izobarą, więc wszystkie zależności podane dla przemiany izobarycznej w tym obszarze pary przegrzanej przedstawia odcinek 3-4 na wykresie p-v.

ADIABATA

Na wykresie pracy przemiany adiabatycznej 1-2 i 3-4 są krzywymi wykładniczymi, zarówno w przypadku pary nasyconej, jak i przegrzanej

11. Na wykresie T-s wody narysować linie stałych wartości temperatury, objętości właściwej, ciśnienia oraz stopnia suchości pary wodnej. Zaznaczyć obszary cieczy, pary wodnej nasyconej mokrej i pary przegrzanej. Zaznaczyć pnkt krytyczny.

12. na wykresie T-s wody przedstawić entalpię właściwą pary przegrzanej

13. Na wykresie i-s wody narysować przebieg izobar, izochor, izoterm oraz linii stałej wartości stopnia suchości pary wodnej. Zaznaczyć obszary cieczy, pary wodnej nasyconej mokrej i pary przegrzanej. Zaznaczyć pnkt .

14. na wykresie T-s wody naszkicować przemianę 1-2

a)izochorycznego przejścia od pary wodnej nasyconej mokrej do pary przegrzanej

b) izobarycznego przejścia od wody w pnkt pęcherzyków do pary wodnej nasyconej suchej

c) izochorycznego ochładzania pary wodnej przegrzanej

d)izobarycznego ogrzewania pary wodnej nasyconej mokrej