Sprawozdanie z ćwiczenia nr 24: Entalpia parowania.

1. Wyniki ćwiczenia:

nr	masa suchej kolby [g]	masa pełnej kolby [g]	masa kondensatu [g]	czas [s]	napięcie [V]	natężenie [A]
1	84,3498	90,01978	5,66998	300	90	0,93
2	68,8002	78,55014	9,74994	300	104,8	1,08
3	83,23976	97,64974	14,40998	300	119,9	1,232
4	67,72964	87,58036	19,85072	300	135,5	1,39
5	79,6405	103,65	24,00948	300	150,1	1,535

2. Wstęp teoretyczny:

Parowanie cieczy jest procesem polegającym na przechodzeniu cząstek cieczy z jej swobodnej powierzchni w stan gazowy. Jeżeli proces ten odbywa się w naczyniu zamkniętym , częściowo wypełnionym tylko cieczą , to w każdej temperaturze ustala się stan równowagi , w którym liczba cząsteczek przechodzących w stan pary staje się równa liczbie cząsteczek skraplających się ponownie . Para w tych warunkach jest parą nasyconą , a jej ciśnienie nosi nazwę prężności pary nasyconej . Prężność pary nasyconej jest w danej temperaturze różna dla różnych cieczy charakteryzuje ich lotność . Woda jest cieczą nielotną i posiada małą prężność pary nasyconej .

Ze wzrostem temperatury prężność pary nasyconej rośnie , ze względu na występujące w tych warunkach zwiększenie liczby cząsteczek zdolny do opuszczenia powierzchni cieczy oraz równoczesne zwiększenie energii kinetycznej cząsteczek będących już w stanie pary . Zwiększenie to ma charakter krzywoliniowy i przebiega podobnie dla wszystkich cieczy , tzn. w niskich temperaturach jest niewielkie , a w wyższych znaczne .

Ćwiczenie polega na pomiarze energii elektrycznej potrzebnej do odparowania n moli cieczy w kontrolowanych warunkach .

W tym celu wykorzystuje się równanie:
, gdzie: H_par - szukana entalpia parowania,
[ J/s ] - stała określająca straty cieplne w aparaturze ( k=7.8[J/s] ). Powyższe równania wyrażają :
[ J/s ] gdzie : Q oznacza energię elektryczną dostarczaną do grzałki w ciągu 1 sekundy
[ J ]. Wyraża wielkość energii źródła prądu zamienionego na energię cieplną podczas przepływu o natężeniu i w czasie t przez urządzenie , na którego końcach różnica potencjałów wynosi U,
[ mol/s ] gdzie: n - liczba moli odparowanej cieczy, t - czas [ s ] potrzebny do odparowania n moli cieczy

Po przekształceniu otrzymujemy następujący wzór na entalpię parowania :

którego jednostka jest następująca :

3. Opracowanie wyników:

nr	masa suchej kolby [g]	masa pełnej kolby [g]	masa kondensatu [g]	czas [s]	napięcie [V]	natężenie [A]	liczba moli [mol]	[kJ]
1	84,3498	90,01978	5,66998	300	90	0,93	0,314731	25,110
2	68,8002	78,55014	9,74994	300	104,8	1,08	0,541202	33,9552
3	83,23976	97,64974	14,40998	300	119,9	1,232	0,799873	44,31504
4	67,72964	87,58036	19,85072	300	135,5	1,39	1,101879	56,5035
5	79,6405	103,65	24,00948	300	150,1	1,535	1,332724	69,12105

Wykres zależności pobranej energii od masy kondensatu:

Obliczam H_śr^c→g korzystając ze współczynnika kierunkowego regresji liniowej otrzymanego na podstawie wykresu zależności pobranej energii od masy kondensatu.

H_śr^c→g = B * M

gdzie : B=2,3625 - współczynnik kierunkowy

M=18,01534 [g/mol] - masa molowa wody

H_śr^c→g = 42,56 [ kJ/mol ]

Błąd pomiarowy wynosi 1,9 obliczony na podstawie wykresu

Molowa entalpia parowania wynosi 42,56  1,9 [ kJ/mol ]

3.1. Zestawienie otrzymanych wielkości z danymi literaturowymi :

Dane literaturowe dla 375,15 K	Wielkości doświadczalne w [ kJ/mol ]
Hpar= 40.66 [kJ/mol]	Hśr^c^→^g 42,56  1,9

4. Wnioski:

Entalpia parowania wody destylowanej ( dla napięcia w przedziale 90 - 150,1 ) jest równa H_par = 42,56  1,9 [ kJ/mol ]. Przyrost energii warunkuje wzrost temperatury co powoduje zwiększenie liczby cząsteczek zdolnych do opuszczenia powierzchni cieczy

( w tym samym czasie ). Tak więc szybkość parowania cieczy jest wprost proporcjonalna do napięcia elektrycznego ( „przyłożonej” energii ). Zwiększenie energii elektrycznej powoduje wzrost szybkości parowania cieczy.

Błąd procentowy wynosi 4,67 %.

3

---