भाप

वास्तविक गैसों के बीच विशेष स्थानजल वाष्प द्वारा कब्जा कर लिया। यह प्रौद्योगिकी के कई क्षेत्रों में बहुत व्यापक हो गया है और इसका उपयोग शीतलक के रूप में किया जाता है बिजली संयंत्रों. जल वाष्प आमतौर पर दबाव और तापमान पर प्रयोग किया जाता है जहां इसे माना जाना चाहिए असली गैस. जल वाष्प दो तरह से प्राप्त किया जा सकता है: वाष्पीकरण और उबलते पानी से।

वाष्पीकरण पानी से भाप बनने की प्रक्रिया है, जो केवल मुक्त सतह से होती है। यह प्रक्रिया किसी भी तापमान पर होती है। वाष्पीकरण के दौरान, उच्चतम गतिज ऊर्जा वाले अणु पानी की सतह से अलग हो जाते हैं और आसपास के अंतरिक्ष में उड़ जाते हैं। नतीजतन, तरल के ऊपर जल वाष्प का निर्माण होता है। बढ़ते तापमान के साथ वाष्पीकरण प्रक्रिया की तीव्रता बढ़ जाती है।

उबलना एक तरल की पूरी मात्रा में जल वाष्प के गठन की प्रक्रिया है। जब एक निश्चित तापमान पर गर्म किया जाता है, तो तरल के अंदर वाष्प के बुलबुले बनते हैं, जो एक दूसरे से जुड़कर आसपास के स्थान में उड़ जाते हैं। वाष्प के बुलबुले के बनने और फिर बढ़ने के लिए, यह आवश्यक है कि वाष्पीकरण प्रक्रिया बुलबुले के अंदर हो, और यह केवल तभी संभव है जब पानी के अणुओं की गतिज ऊर्जा का इसके लिए पर्याप्त मूल्य हो। चूंकि अणुओं की गतिज ऊर्जा तरल के तापमान से निर्धारित होती है, इसलिए किसी दिए गए बाहरी दबाव पर उबलना एक अच्छी तरह से परिभाषित तापमान पर ही शुरू हो सकता है। इस तापमान को क्वथनांक या संतृप्ति तापमान कहा जाता है और इसे t n निरूपित किया जाता है। किसी दिए गए दबाव पर क्वथनांक तब तक स्थिर रहता है जब तक कि सभी तरल वाष्प में परिवर्तित नहीं हो जाते।

उबलते तरल की सतह के ऊपर बनने वाली भाप को संतृप्त भाप कहा जाता है। संतृप्त भाप सूखी या गीली हो सकती है। सूखी संतृप्त भाप भाप है, जो उबलते तरल की सतह से ऊपर होती है, जिसमें निलंबित तरल बूंदें नहीं होती हैं। गीला संतृप्त भाप, या बस गीला भाप, सूखे का एक यांत्रिक मिश्रण है संतृप्त भापऔर उबलते तरल। गीली भाप की एक विशेषता इसकी शुष्कता की डिग्री x है। शुष्कता की डिग्री गीली भाप में शुष्क संतृप्त भाप का अनुपात है, अर्थात। गीली भाप में शुष्क संतृप्त भाप के द्रव्यमान और गीली भाप के द्रव्यमान का अनुपात। 1-x के मान को आर्द्र संतृप्त भाप की आर्द्रता या आर्द्रता की डिग्री कहा जाता है, अर्थात। नम हवा में उबलते तरल का द्रव्यमान अंश। शुष्क संतृप्त भाप या उबलते तरल की स्थिति को पूरी तरह से निर्धारित करने वाले पैरामीटर तापमान या दबाव और सूखापन की डिग्री हैं।

यदि सूखे संतृप्त भाप के दबाव के समान उबलते तरल की अनुपस्थिति में शुष्क संतृप्त भाप को गर्मी की आपूर्ति की जाती है, तो यह अत्यधिक गरम भाप में बदल जाएगी। इसका तापमान बढ़ना शुरू हो जाएगा। अतितापित भाप वह भाप है जिसमें से अधिक होता है उच्च तापमानशुष्क संतृप्त भाप की तुलना में दिए गए दबाव पर। अतितापित भाप के तापमान को अक्षर t द्वारा निरूपित किया जाता है, और तापमान अंतर t-t n को सुपरहीट की डिग्री या स्टीम सुपरहीट कहा जाता है। जैसे-जैसे वाष्प का ताप बढ़ता है, उसका आयतन बढ़ता है, अणुओं के बीच की दूरी बढ़ती जाती है और फलस्वरूप पारस्परिक आकर्षण बल कम होते जाते हैं, अर्थात्। सुपरहीटेड स्टीम at उच्च डिग्रीओवरहीटिंग इसके गुणों में एक आदर्श गैस तक पहुंच जाएगी। सुपरहिट भाप की स्थिति निर्धारित करने वाले पैरामीटर दबाव और तापमान (या विशिष्ट मात्रा) होंगे।

प्रक्रिया, वाष्पीकरण के विपरीत, यानी। वह प्रक्रिया जिसके द्वारा वाष्प द्रव में बदल जाती है, संघनन प्रक्रिया कहलाती है।

वाष्पीकरण वाष्पित और हवा में छोड़े गए जल वाष्प की मात्रा है। वाष्पीकरण की दर कई कारकों पर निर्भर करती है, लेकिन मुख्य रूप से हवा के तापमान और हवा पर। यह स्पष्ट है कि तापमान जितना अधिक होगा, वाष्पीकरण उतना ही अधिक होगा। लेकिन, जलवाष्प से संतृप्त निरंतर गतिमान वायु एक निश्चित स्थान पर नई और नई मात्रा में शुष्क हवा लाती है। यहां तक ​​कि 2-3 मीटर/सेकेंड की गति से कमजोर हवा भी वाष्पीकरण को तीन गुना बढ़ा देती है। वाष्पीकरण प्रकृति, वनस्पति आवरण आदि से भी प्रभावित होता है।

हालांकि, किसी दिए गए क्षेत्र में नमी की कमी के कारण, दी गई परिस्थितियों में वाष्पीकरण की तुलना में बहुत कम है। पानी की वह मात्रा जो दी गई परिस्थितियों में वाष्पित हो सकती है, अस्थिरता कहलाती है। दूसरे शब्दों में, अस्थिरता किसी दिए गए क्षेत्र में संभावित वाष्पीकरण है, जिसे अक्सर बाष्पीकरणकर्ता या खुली हवा में वाष्पीकरण का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है। पानी की सतहएक बड़ा प्राकृतिक (मीठे पानी) जलाशय या अत्यधिक सिक्त मिट्टी से।

वाष्पीकरण, वाष्पीकरण की तरह, वाष्पित जल परत (मिमी) के मिलीमीटर में व्यक्त किया जाता है; एक विशिष्ट अवधि के लिए - मिमी / वर्ष, आदि।

पर पृथ्वी की सतहदो विपरीत रूप से निर्देशित प्रक्रियाएं लगातार हो रही हैं: वर्षा द्वारा भूभाग और वाष्पीकरण द्वारा इसका सूखना। लेकिन क्षेत्र की नमी की डिग्री वर्षा और वाष्पीकरण के अनुपात से निर्धारित होती है। क्षेत्र का आर्द्रीकरण नमी के गुणांक (के) द्वारा विशेषता है, जिसे वाष्पीकरण (आई) के लिए वर्षा (क्यू) की मात्रा के अनुपात के रूप में समझा जाता है: के = (यदि के एक इकाई के अंशों में व्यक्त किया जाता है - एक अंश ) और के = 100% (यदि प्रतिशत में)। उदाहरण के लिए, यूरोप में, वर्षा 300 मिमी है, और वाष्पीकरण केवल 200 मिमी है, अर्थात। वर्षा 1.5 गुना वाष्पीकरण से अधिक है; नमी गुणांक 1.5, या 150% है।

K > 1, या > 100% होने पर आर्द्रीकरण अत्यधिक होता है; सामान्य जब K = 1, या 100%; अपर्याप्त जब< 1, или < 100%. По степени увлажнения выделяют влажные (гумидные) и сухие (аридные) территории. Коэффициент увлажнения характеризует условия , развитие и другое. он равен примерно 1,0-1,5, в 0,6-1,0, в 0,3-0,6, 0,1-0,3, пустынях менее 0,1.

निरपेक्ष आर्द्रता (ए) हवा में जल वाष्प की वास्तविक मात्रा है इस पल, जी/एम 3 में मापा जाता है। पूर्ण आर्द्रता का अधिकतम से अनुपात, प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है, सापेक्ष आर्द्रता (f) कहलाता है, अर्थात। एफ = 100%। अधिकतम आर्द्रता वाली वायु संतृप्त कहलाती है। इसके विपरीत, असंतृप्त वायु में अभी भी जल वाष्प को अवशोषित करने की क्षमता होती है। हालांकि, गर्म होने पर, संतृप्त हवा असंतृप्त हो जाती है, और ठंडा होने पर यह सुपरसैचुरेटेड हो जाती है। पर अंतिम मामलाशुरू होता है। संघनन अतिरिक्त जल वाष्प का संघनन और उनका संक्रमण है तरल अवस्था, पानी की छोटी बूंदों का निर्माण। संतृप्त और असंतृप्त दोनों हवाएं चढ़ाई के दौरान सुपरसैचुरेटेड हो सकती हैं, क्योंकि यह बहुत ठंडी होती है। जब मिट्टी को ठंडा किया जाता है तो शीतलन भी संभव है इस जगहऔर जब गर्म हवा ठंडे क्षेत्र में प्रवेश करती है।

संघनन न केवल हवा में, बल्कि पृथ्वी की सतह पर, विभिन्न वस्तुओं पर भी हो सकता है। ऐसे में परिस्थितियों के आधार पर ओस, पाला, कोहरा, बर्फ बनते हैं। ओस और कर्कश एक स्पष्ट और शांत रात के दौरान बनते हैं, मुख्य रूप से सुबह-सुबह के घंटों में, जब पृथ्वी की सतह और उसकी वस्तुएं ठंडी हो जाती हैं। तब हवा से नमी उनकी सतह पर संघनित होती है। इसी समय, नकारात्मक तापमान पर पाला बनता है, और सकारात्मक तापमान पर ओस बनती है। इस घटना में कि एक गर्म सतह आती है ठंडी हवाया गर्म हवा तेजी से ठंडी होती है, कोहरा बन सकता है। इसमें छोटी-छोटी बूंदें या क्रिस्टल होते हैं, जैसे कि हवा में लटके हों। भारी प्रदूषित हवा में, धुएं के मिश्रण के साथ कोहरा या धुंध बनता है - स्मॉग। जब सुपरकूल्ड रेनड्रॉप्स गिरती हैं या किसी सतह पर 0°C से नीचे और 0 से -3°C तक ठंडी होती हैं, तो एक परत बन जाती है। घनी बर्फ, पृथ्वी की सतह पर और वस्तुओं पर बढ़ रहा है, मुख्य रूप से हवा की ओर से - बर्फ। यह सुपरकूल्ड रेनड्रॉप्स, कोहरे या बूंदा बांदी के जमने से आता है। एक बर्फ की परत कई सेंटीमीटर की मोटाई तक पहुंच सकती है और एक वास्तविक आपदा में बदल सकती है: यह पैदल चलने वालों के लिए खतरनाक हो जाती है, वाहन, पेड़ों की शाखाएं तोड़ता है, तार तोड़ता है, आदि।

अन्य कारणों से एक घटना का कारण बनता है जिसे कहा जाता है। काली बर्फ आमतौर पर ठंड के कारण पिघलना या बारिश के बाद होती है, जब तापमान 0 डिग्री सेल्सियस से नीचे गिर जाता है। गीली बर्फ़, बारिश या बूंदा बांदी जम जाती है। शीशा भी तब बनता है जब ये तरल अवक्षेपण पृथ्वी की अत्यधिक सुपरकूल्ड सतह पर गिरते हैं, जिससे वे जम भी जाते हैं। इस प्रकार, बर्फ पृथ्वी की सतह पर बर्फ है, जो जमी हुई गीली बर्फ या तरल वर्षा के परिणामस्वरूप बनती है।

यह तब बनता है जब जलवाष्प अपने ठंडा होने के कारण ऊपर की हवा में संघनित हो जाता है। उनके गठन की ऊंचाई हवा के तापमान और सापेक्ष आर्द्रता पर निर्भर करती है। जब यह उस ऊँचाई पर पहुँच जाता है जिस पर संतृप्ति पूर्ण हो जाती है, तो संघनन, संघनन और बादल बनने का स्तर शुरू हो जाता है। बादलों में हैं निरंतर गति मेंऔर इसमें छोटी बूंदें या क्रिस्टल हो सकते हैं, लेकिन अधिक बार वे मिश्रित होते हैं। बादल तीन मुख्य प्रकार के होते हैं: सिरस, स्ट्रेटस और क्यूम्यलस। सिरस - ऊपरी टीयर (6000 मीटर से ऊपर) के बादल, पारभासी और छोटे बर्फ के क्रिस्टल से बने होते हैं। उनमें से वर्षा नहीं गिरती है। स्तरित - मध्य के बादल (2000 से 6000 मीटर तक) और निचले (2000 मीटर से नीचे) टीयर। मूल रूप से, वे वर्षा देते हैं, आमतौर पर लंबी, व्यापक। क्यूम्यलस बादल निचले स्तर में बन सकते हैं और बहुत पहुंच सकते हैं अधिक ऊंचाई पर. अक्सर वे टावरों की तरह दिखते हैं और नीचे की ओर बूंदों और शीर्ष पर क्रिस्टल होते हैं। वे वर्षा, ओलों से जुड़े हैं,

वायु में गैसों के अलावा और कौन से पदार्थ मौजूद हैं?

1. वायु में जलवाष्प का वितरण।बारिश के बाद, आप सभी ने देखा कि कैसे घरों की छतें, पेड़ के तने और पत्ते भीग जाते हैं, हर जगह पोखर बन जाते हैं। बादलों के विलुप्त होने के बाद, सूर्य प्रकट होता है, और चारों ओर सब कुछ सूख जाता है। बारिश का पानी बिना ट्रेस के कहाँ जाता है? यह जलवाष्प में बदल जाता है। चूंकि यह रंगहीन है, हवा की तरह, हम इसे नहीं देख सकते हैं।
सभी वायु में जलवाष्प के रूप में जल की एक निश्चित मात्रा होती है। भाप के रूप में पानी के कण भी कमरे में हवा की संरचना में निहित हैं। नोटिस करना आसान है। सर्दियों में, सड़क से घर लाई गई धातु की वस्तुओं (पोर्टफोलियो लॉक, स्केट्स, आदि) पर ध्यान दें। थोड़ी देर बाद वे "पसीना" करने लगते हैं। इसका मतलब है कि कमरे में गर्म हवा, ठंडी वस्तु के संपर्क में, पानी की बूंदों को छोड़ती है।
पृथ्वी की सतह की नमी मिट्टी, दलदलों, नदियों, झीलों, समुद्रों और महासागरों से जलवाष्प के रूप में वायुमंडल में वाष्पित हो जाती है। महासागरों और समुद्रों से बड़ी मात्रा में पानी (86%) वाष्पित हो जाता है।
प्रकृति में जलवाष्प पाया जाता है निरंतर संचलन. जलवाष्प, महासागरों और भूमि से ऊपर उठकर वायुमंडल में प्रवेश करती है। वायु धाराएं इसे अपने साथ अन्य स्थानों तक ले जाती हैं। जल वाष्प, बदले में, ठंडा हो जाता है, बादलों में बदल जाता है, और वर्षा के रूप में, यह फिर से पृथ्वी की सतह पर लौट आता है।

2. वायु में जलवाष्प की ताप पर निर्भरता।हवा में जल वाष्प की सामग्री वाष्पित सतह और तापमान की स्थिति पर निर्भर करती है। समुद्र के ऊपर हवा में बहुत अधिक जलवाष्प है, लेकिन जमीन पर बहुत कम है। इसके अलावा, तापमान जितना अधिक होगा, हवा में जल वाष्प की मात्रा उतनी ही अधिक होगी।

जैसा कि तालिका से देखा जा सकता है, हवा में एक निश्चित तापमान पर क्रमशः जल वाष्प हो सकता है। यदि किसी दिए गए तापमान पर हवा में उतनी ही जलवाष्प होती है, जितनी उसमें हो सकती है, तो इसे संतृप्त कहा जाता है। उदाहरण के लिए, +30 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर जल वाष्प के साथ 1 एम 3 हवा को संतृप्त करने के लिए, 30 ग्राम जल वाष्प की आवश्यकता होती है। यदि जलवाष्प की मात्रा केवल 25 ग्राम है, तो वायु असंतृप्त, शुष्क होगी।
जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, संतृप्त हवा असंतृप्त हो जाती है। उदाहरण के लिए, 0°C के तापमान पर 1 m3 वायु को संतृप्त करने के लिए 5 g जलवाष्प की आवश्यकता होती है। यदि हवा का तापमान + 10 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाता है, तो 4 ग्राम जल वाष्प हवा को संतृप्त करने के लिए पर्याप्त नहीं होगा।

3. पूर्ण और सापेक्ष आर्द्रता।वायु में जलवाष्प की मात्रा निरपेक्ष और सापेक्षिक आर्द्रता से निर्धारित होती है।
निरपेक्ष आर्द्रता - वायु के 1 m3 प्रति ग्राम में जल वाष्प की मात्रा (g / m3)।
सापेक्षिक आर्द्रता वायु के 1 m3 में मौजूद नमी की मात्रा और किसी दिए गए तापमान पर हवा को संतृप्त करने वाले जलवाष्प की मात्रा का अनुपात है। सापेक्ष आर्द्रता प्रतिशत के रूप में व्यक्त की जाती है।
सापेक्ष आर्द्रता जल वाष्प के साथ हवा की संतृप्ति की डिग्री को इंगित करती है। उदाहरण के लिए, 1 m3 वायु में -20°C पर 1 g जलवाष्प हो सकती है। हवा में 0.5 ग्राम नमी होती है। तब सापेक्षिक आर्द्रता 50% होती है। जब वायु जल वाष्प से संतृप्त होती है, तो सापेक्ष आर्द्रता 100% तक पहुँच जाती है।

4. जल वाष्प का संघनन।वायु को जलवाष्प से संतृप्त करने के बाद शेष वाष्प जल की बूंदों में बदल जाती है। यदि -10 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर हवा के 1 एम 3 में, 2 ग्राम जल वाष्प के बजाय, 3 ग्राम एकत्र किया जाता है, तो अतिरिक्त 1 ग्राम भाप पानी की बूंदों में बदल जाती है। जब संतृप्त वायु का तापमान गिरता है, तो वह उतनी जलवाष्प धारण नहीं कर सकती। उदाहरण के लिए, 1 m3 वायु को +10°C पर संतृप्त करने के लिए, 9 g जलवाष्प की आवश्यकता होती है। यदि तापमान 0 डिग्री तक गिर जाता है, तो हवा में केवल 5 ग्राम जल वाष्प होता है, अतिरिक्त 4 ग्राम पानी की बूंदों में बदल जाता है।
कुछ शर्तों के तहत, जल वाष्प का तरल अवस्था (पानी की बूंदों) में संक्रमण को संघनन (लैटिन में) कहा जाता है वाष्पीकरण- मोटा होना)। 0°C तापमान पर जलवाष्प में बदल जाता है ठोस अवस्था, अर्थात। बर्फ के क्रिस्टल में बदल जाता है।

5. वायु आर्द्रता का मापन।आपेक्षिक आर्द्रता को एक उपकरण का उपयोग करके मापा जाता है - एक हेयर हाइग्रोमीटर (ग्रीक में हाइग्रोस -गीला, मीटर- मापना)। यह उपकरण मानव बाल की संपत्ति का उपयोग करता है, बढ़ती आर्द्रता के साथ लंबा होता है। नमी कम होने पर बाल छोटे हो जाते हैं। बाल डायल हाथ से जुड़े होते हैं, बालों को लंबा या छोटा करते समय, तीर, डायल के साथ आगे बढ़ते हुए, प्रतिशत में सापेक्ष आर्द्रता दिखाता है (चित्र। 54)।

चावल। 54. बाल आर्द्रतामापी।

एक थर्मामीटर की तरह एक आर्द्रतामापी, मौसम विज्ञान बूथ में रखा जाता है।
मौसम स्टेशनों पर, अधिक सटीक उपकरणों का उपयोग करके और विशेष तालिकाओं का उपयोग करके हवा की आर्द्रता निर्धारित की जाती है।

1. समशीतोष्ण क्षेत्र की तुलना में भूमध्य रेखा के ऊपर हवा में अधिक जलवाष्प क्यों है?

2. ऊंचाई में परिवर्तन के साथ हवा में जल वाष्प का क्या होता है?
3. हवा का तापमान +10°С. पूर्ण आर्द्रता 6 g/m3. जलवाष्प से वायु किस स्थिति में संतृप्त होगी? (2 तरह से हल करें।)
4. स्वयं को आर्द्रतामापी की संरचना से परिचित कराएं और सापेक्ष आर्द्रता को मापें।

5*. हवा का तापमान +30°С है, और पूर्ण आर्द्रता 20 g/m3 है। सापेक्ष आर्द्रता की गणना करें।

"भाप" शब्द पर, मुझे वह समय याद है जब मैं अभी भी पढ़ रहा था प्राथमिक स्कूल. फिर स्कूल से घर आकर माता-पिता रात का खाना बनाने लगते और गैस चूल्हे पर पानी का एक बर्तन डालते। और दस मिनट के बाद, सॉस पैन में पहले बुलबुले दिखाई देने लगे। इस प्रक्रिया ने मुझे हमेशा मोहित किया है, मुझे ऐसा लग रहा था कि मैं इसे हमेशा के लिए देख सकता हूं। और फिर, बुलबुले दिखाई देने के कुछ समय बाद, भाप अपने आप बहने लगी। एक बार, मैंने अपनी माँ से पूछा: "ये सफेद बादल कहाँ से आ रहे हैं?" (यही मैं उन्हें बुलाता था)। जिस पर उसने मुझे जवाब दिया: "यह सब पानी के गर्म होने के कारण होता है।" हालांकि उन्होंने जवाब नहीं दिया पूर्ण दृश्यकक्षा में भाप के उभरने की प्रक्रिया के बारे में स्कूल भौतिकीमैंने वह सब कुछ सीखा जो मैं युगल के बारे में जानना चाहता था। इसलिए...

जलवाष्प क्या है

से वैज्ञानिक बिंदुदृष्टि, जल वाष्प - बस तीन में से एक भौतिक अवस्थापानी ही. यह तब होता है जब पानी गर्म होता है। खुद की तरह, भाप का कोई रंग नहीं है, स्वाद नहीं है, गंध नहीं है। लेकिन हर कोई नहीं जानता कि स्टीम क्लबों का अपना दबाव होता है, जो इसकी मात्रा पर निर्भर करता है। और इसे में व्यक्त किया जाता है पास्कल(कुख्यात वैज्ञानिक के सम्मान में)।

जब हम किचन में कुछ पकाते हैं तो ही जलवाष्प हमें घेर लेती है। यह लगातार गली की हवा और वातावरण में समाहित है। और इसका कंटेंट प्रतिशत कहलाता है "पूर्ण आर्द्रता"।

जल वाष्प और इसकी विशेषताओं के बारे में तथ्य

तो यहाँ कुछ दिलचस्प बिंदु हैं:

• तापमान जितना अधिक होगा, जो पानी पर कार्य करता है, तेजी से वाष्पीकरण प्रक्रिया;
• अलावा, क्षेत्र के आकार के साथ वाष्पीकरण दर बढ़ जाती हैवह सतह जिस पर पानी स्थित है। दूसरे शब्दों में, यदि हम धातु के चौड़े प्याले पर पानी की एक छोटी परत गर्म करना शुरू करते हैं, तो वाष्पीकरण बहुत जल्दी होगा;
• पौधों की जरूरत ही नहीं तरल पानी, लेकिन गैसीय भी. इस तथ्य को इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि किसी भी पौधे की पत्तियों से वाष्प लगातार आ रही है, उसे ठंडा कर रही है। एक गर्म दिन में एक पेड़ के पत्ते को छूने की कोशिश करें - और आप देखेंगे कि यह ठंडा है;
• वही इंसानों पर लागू होता है, वही सिस्टम हमारे साथ काम करता है जैसे ऊपर के पौधों के साथ। गर्मी के दिनों में वाष्पीकरण हमारी त्वचा को ठंडा रखता है. आश्चर्यजनक रूप से, छोटे भार के साथ भी, हमारा शरीर प्रति घंटे लगभग दो लीटर तरल पदार्थ छोड़ता है। बढ़े हुए भार और गर्म गर्मी के दिनों के बारे में हम क्या कह सकते हैं?

इस तरह आप भाप के सार और हमारी दुनिया में इसकी भूमिका का वर्णन कर सकते हैं। मुझे आशा है कि आपने बहुत सी दिलचस्प चीजों की खोज की है!

अब तक, हमारे शोध का उद्देश्य आदर्श गैसें रही हैं, अर्थात। ऐसी गैसें जहां अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं के बल नहीं होते हैं और अणुओं के आकार की उपेक्षा की जाती है। वास्तव में, अणुओं के आकार और अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं की शक्तियों में होता है बहुत महत्वविशेष रूप से कम तापमान और उच्च दबाव पर।

आग बुझाने के अभ्यास में उपयोग की जाने वाली और औद्योगिक उत्पादन में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली वास्तविक गैसों के प्रतिनिधियों में से एक जल वाष्प है।

जल वाष्प का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है विभिन्न उद्योगउद्योग, मुख्य रूप से एक शीतलक के रूप में हीट एक्सचेंजर्सऔर कैसे काम करने वाला शरीरभाप बिजली संयंत्रों में। यह पानी के व्यापक वितरण, इसकी सस्तीता और मानव स्वास्थ्य के लिए हानिरहितता के कारण है।

उच्च दबाव और अपेक्षाकृत हल्का तापमान, व्यवहार में प्रयुक्त वाष्प एक तरल की स्थिति के करीब है, इसलिए, इसके अणुओं और उनके आयतन के बीच के संयोजी बलों की उपेक्षा करें, जैसे कि आदर्श गैसें, यह निषिद्ध है। इसलिए, आदर्श गैसों के लिए राज्य के समीकरणों का उपयोग जल वाष्प की स्थिति के मापदंडों को निर्धारित करने के लिए संभव नहीं है, अर्थात भाप के लिए पीवी≠आरटी,जल वाष्प के लिए एक वास्तविक गैस है।

कई वैज्ञानिकों (वैन डेर वाल्स, बर्थेलॉट, क्लॉसियस, आदि) द्वारा आदर्श गैसों के लिए राज्य के समीकरण में सुधार शुरू करके वास्तविक गैसों की स्थिति के समीकरणों को स्पष्ट करने के प्रयास असफल रहे, क्योंकि ये सुधार केवल मात्रा पर लागू होते हैं और वास्तविक गैस अणुओं के बीच संसंजक बल और कई अन्य को ध्यान में नहीं रखा भौतिक घटनाएंइन गैसों में होता है।

विशेष भूमिका 1873 में वैन डेर वाल्स द्वारा प्रस्तावित समीकरण को निभाता है, (पी + ए / v2) ( वी - बी) = आरटी. मात्रात्मक गणना में अनुमानित होने के कारण, वैन डेर वाल्स समीकरण गुणात्मक रूप से अच्छी तरह से दर्शाता है भौतिक विशेषताऐंगैसों, क्योंकि यह हमें अलग करने के लिए इसके संक्रमण के साथ पदार्थ की स्थिति में परिवर्तन की सामान्य तस्वीर का वर्णन करने की अनुमति देता है चरण राज्य. इस समीकरण में एकतथा मेंदी गई गैस के लिए हैं स्थिरांक, ध्यान में रखते हुए: पहला - अंतःक्रियात्मक बल, और दूसरा - अणुओं का आकार। रवैया ए / वी 2उस अतिरिक्त दबाव की विशेषता है जिसके तहत अणुओं के बीच संसंजक बलों के कारण वास्तविक गैस स्थित होती है। मूल्य मेंउस मात्रा में कमी को ध्यान में रखता है जिसमें एक वास्तविक गैस के अणु चलते हैं, इस तथ्य के कारण कि उनके पास स्वयं मात्रा है।

वर्तमान में सबसे प्रसिद्ध 1937-1946 में विकसित समीकरण है। अमेरिकी भौतिक विज्ञानीजे मेयर और स्वतंत्र रूप से सोवियत गणितज्ञ N. N. Bogolyubov, साथ ही 1939 में सोवियत वैज्ञानिकों M. P. Vukalovich और I. I. Novikov द्वारा प्रस्तावित समीकरण।

उनके बोझिल स्वभाव के कारण, इन समीकरणों पर विचार नहीं किया जाएगा।

जल वाष्प के लिए, सभी राज्य मापदंडों को उपयोग में आसानी के लिए तालिकाओं में संक्षेपित किया गया है और परिशिष्ट 7 में प्रस्तुत किया गया है।

इसलिए, भाप अपेक्षाकृत उच्च क्रांतिक तापमान और संतृप्ति के करीब पानी से प्राप्त वास्तविक गैस कहलाती है।

प्रक्रिया पर विचार करें तरल का वाष्प में परिवर्तन, अन्यथा प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है वाष्पीकरण . एक तरल वाष्प में बदल सकता है जब यह वाष्पित हो जाता है और उबलता है।

वाष्पीकरण द्वारा वाष्पीकरण कहा जाता है, जो केवल तरल की सतह से और किसी भी तापमान पर होता है. वाष्पीकरण की दर तरल की प्रकृति और उसके तापमान पर निर्भर करती है। तरल के ऊपर असीमित जगह होने पर तरल का वाष्पीकरण पूरा हो सकता है। प्रकृति में, तरल वाष्पीकरण की प्रक्रिया वर्ष के किसी भी समय विशाल पैमाने पर की जाती है।

वाष्पीकरण प्रक्रिया का सार इस तथ्य में निहित है कि तरल के अलग-अलग अणु, इसकी सतह के पास स्थित होते हैं और अन्य अणुओं की तुलना में अधिक होते हैं गतिज ऊर्जा, पर काबू पाना शक्ति क्रियापड़ोसी अणु, निर्माण सतह तनाव, तरल से आसपास के स्थान में उड़ें। तापमान में वृद्धि के साथ, वाष्पीकरण की तीव्रता बढ़ जाती है, क्योंकि अणुओं की गति और ऊर्जा बढ़ जाती है और उनकी बातचीत की ताकत कम हो जाती है। वाष्पीकरण के दौरान, तरल का तापमान कम हो जाता है, क्योंकि अणुओं में अपेक्षाकृत उच्च गति, जिसके परिणामस्वरूप कमी औसत गतिइसमें शेष अणु।

जब किसी तरल को ऊष्मा का संचार किया जाता है, तो उसका तापमान और वाष्पीकरण दर बढ़ जाती है। कुछ अच्छी तरह से परिभाषित तापमान पर, तरल की प्रकृति और उस दबाव के आधार पर जिसके तहत यह स्थित है, अपने पूरे द्रव्यमान में वाष्पीकरण. इस मामले में, बर्तन की दीवारें और तरल के अंदर वाष्प के बुलबुले बनते हैं। इस घटना को कहा जाता है उबलना तरल पदार्थ। परिणामी वाष्प का दबाव उस माध्यम के समान होता है जिसमें उबाल होता है।

वाष्पीकरण की विपरीत प्रक्रिया कहलाती है प्रति वाष्पीकरण वां. वाष्प को तरल में बदलने की यह प्रक्रिया एक स्थिर तापमान पर भी होती है यदि दबाव स्थिर रहता है। संक्षेपण के दौरान, तरल की सतह के संपर्क में बेतरतीब ढंग से चलने वाले वाष्प के अणु, पानी के अंतर-आणविक बलों के प्रभाव में आते हैं, वहीं रहते हैं, फिर से तरल में बदल जाते हैं। इसलिये चूंकि वाष्प के अणु तरल अणुओं की तुलना में तेजी से चलते हैं, इसलिए संघनन के दौरान तरल का तापमान बढ़ जाता है। वाष्प के संघनित होने पर बनने वाले द्रव को कहते हैं संघनन .

आइए हम वाष्पीकरण की प्रक्रिया पर अधिक विस्तार से विचार करें।

द्रव से वाष्प में संक्रमण के तीन चरण होते हैं:

1. तरल को क्वथनांक तक गर्म करना।

2. वाष्पीकरण।

3. स्टीम ओवरहीटिंग।

आइए प्रत्येक चरण पर अधिक विस्तार से ध्यान दें।

आइए पिस्टन के साथ एक सिलेंडर लें, वहां 0 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 1 किलो पानी डालें, पारंपरिक रूप से यह मानते हुए कि इस तापमान पर पानी की विशिष्ट मात्रा न्यूनतम 0.001 मीटर 3 / किग्रा है। पिस्टन पर एक भार रखा जाता है, जो पिस्टन के साथ मिलकर तरल पर एक निरंतर दबाव P डालता है। बिंदु 0 इस स्थिति से मेल खाता है। आइए इस सिलेंडर को गर्मी की आपूर्ति शुरू करें।

चावल। 28. विशिष्ट आयतन में परिवर्तन का ग्राफ वाष्प-तरल मिश्रणसंतृप्ति दबाव पर पी एस।

1. तरल हीटिंग प्रक्रिया. इस प्रक्रिया में, के साथ किया गया निरंतर दबावतरल को दी गई गर्मी के कारण, इसे 0 ° C से क्वथनांक t s तक गर्म किया जाता है। इसलिये पानी में थर्मल विस्तार का अपेक्षाकृत छोटा गुणांक होता है, फिर तरल की विशिष्ट मात्रा थोड़ी बदल जाएगी और v 0 से v¢ तक बढ़ जाएगी। बिंदु 1 इस स्थिति से मेल खाता है, और खंड 0-1 प्रक्रिया से मेल खाता है।

2. वाष्पीकरण प्रक्रिया . आगे गर्मी की आपूर्ति के साथ, पानी उबाल जाएगा और बदल जाएगा गैसीय अवस्था, अर्थात। भाप। यह प्रक्रिया खंड 1-2 से मेल खाती है और विशिष्ट मात्रा में v¢ से v¢¢ तक वृद्धि होती है। वाष्पीकरण की प्रक्रिया न केवल स्थिर दबाव पर होती है, बल्कि क्वथनांक के बराबर स्थिर तापमान पर भी होती है। इस मामले में, सिलेंडर में पानी पहले से ही दो चरणों में होगा: वाष्प और तरल। पानी सिलेंडर के तल पर केंद्रित तरल के रूप में और छोटी बूंदों के रूप में मौजूद होता है, जो समान रूप से पूरे आयतन में वितरित होता है।

वाष्पीकरण की प्रक्रिया एक विपरीत प्रक्रिया के साथ होती है जिसे संक्षेपण कहा जाता है। यदि संघनन की दर हो जाती है समान गतिवाष्पीकरण, तब प्रणाली में गतिशील संतुलन होता है। इस राज्य में भाप है अधिकतम घनत्वऔर संतृप्त कहा जाता है। इसलिए, के तहत धनी भाप को समझें संतुलन अवस्थाजिस तरल पदार्थ से यह बनता है. इस वाष्प की मुख्य संपत्ति यह है कि इसका तापमान होता है जो इसके दबाव का एक कार्य होता है, जो उस माध्यम के दबाव के समान होता है जिसमें उबाल होता है। इसलिए, क्वथनांक को भी कहा जाता है संतृप्ति तापमानऔर t n द्वारा निरूपित किया जाता है। t n के अनुरूप दबाव को संतृप्ति दबाव कहा जाता है (इसे p द्वारा दर्शाया जाता है) एनया सिर्फ पी. भाप तब तक बनती है जब तक वह वाष्पित नहीं हो जाती पिछले भूसेतरल पदार्थ। यह क्षण राज्य के अनुरूप होगा सूखा संतृप्त (या बस सूखा) जोड़ा। किसी द्रव के अधूरे वाष्पन से उत्पन्न वाष्प को कहते हैं गीला संतृप्त भाप या केवल गीला. यह सूखे वाष्प का मिश्रण होता है जिसमें तरल बूंदों को पूरे द्रव्यमान में समान रूप से वितरित किया जाता है और इसमें निलंबन होता है। द्रव्यमान अनुपातगीली भाप में शुष्क भाप को शुष्कता की डिग्री या द्रव्यमान वाष्प सामग्री कहा जाता है और इसे द्वारा दर्शाया जाता है एक्स। गीली भाप में द्रव के द्रव्यमान अंश को कहते हैं आर्द्रता की डिग्री और द्वारा निरूपित किया जाता है वाईजाहिर सी बात है पर= 1 - एक्स।सूखापन की डिग्री और नमी की डिग्री या तो एक इकाई के अंशों में या% में व्यक्त की जाती है: उदाहरण के लिए, यदि एक्स = 0.95 और वाई = 1 - एक्स = 0.05, इसका मतलब है कि मिश्रण में 95% सूखी भाप और 5% उबलते तरल होते हैं।

3. भाप का अधिक गरम होना। आगे गर्मी की आपूर्ति के साथ, भाप का तापमान बढ़ जाएगा (तदनुसार, विशिष्ट मात्रा v¢¢ से v¢¢¢ तक बढ़ जाती है)। यह राज्य खंड 2-3 . से मेल खाता है . यदि भाप का तापमान उसी दबाव के संतृप्त भाप के तापमान से अधिक है, तो ऐसी भाप को कहा जाता है गरम. अतितापित भाप के तापमान और एक ही दबाव पर संतृप्त भाप के तापमान के बीच के अंतर को कहा जाता है अति ताप की डिग्री एक.

चूँकि अतितापित भाप का विशिष्ट आयतन संतृप्त भाप के विशिष्ट आयतन से अधिक होता है (क्योंकि p = कास्ट, टी लेन> टी एन), फिर सुपरहीटेड स्टीम का घनत्व कम घनत्वसंतृप्त भाप। इसलिए, अतितापित भाप असंतृप्त होती है। स्वयं के द्वारा भौतिक गुणसुपरहीटेड स्टीम गैसों के पास पहुंचता है और जितना अधिक होता है, उसके गर्म होने की डिग्री उतनी ही अधिक होती है।

अनुभव से, अंक 0 - 2 के स्थान अन्य के लिए पाए गए, अधिक उच्च दबावसंतृप्ति संबंधित बिंदुओं को जोड़ना विभिन्न दबाव, हम जल वाष्प की स्थिति का एक आरेख प्राप्त करते हैं।

चावल। 29. pv - जलवाष्प का राज्य आरेख।

आरेख के विश्लेषण से यह देखा जा सकता है कि जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, तरल का विशिष्ट आयतन घटता जाता है। आरेख में, बढ़ते दबाव के साथ आयतन में यह कमी रेखा SD से मेल खाती है। संतृप्ति तापमान, और इसलिए विशिष्ट मात्रा बढ़ जाती है, जैसा कि AK लाइन द्वारा दिखाया गया है। पानी का वाष्पीकरण भी तेजी से होता है, जो वीसी लाइन से साफ देखा जा सकता है। जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, v¢ और v¢¢ के ​​बीच का अंतर कम होता जाता है, और रेखाएँ AK और VC धीरे-धीरे एक दूसरे के पास पहुँचती हैं। कुछ दबाव पर, जो प्रत्येक पदार्थ के लिए काफी निश्चित होता है, ये रेखाएं एक बिंदु K पर अभिसरण करती हैं, जिसे क्रांतिक कहा जाता है। बिंदु K, उसी समय रेखा से संबंधितक्वथनांक AK पर तरल और शुष्क संतृप्त भाप VK की रेखा, पदार्थ की एक निश्चित सीमित महत्वपूर्ण अवस्था से मेल खाती है, जिस पर वाष्प और तरल के बीच कोई अंतर नहीं होता है। राज्य के मापदंडों को महत्वपूर्ण कहा जाता है और टी के, पी के, वी के द्वारा निरूपित किया जाता है। पानी के लिए, महत्वपूर्ण मापदंडों के निम्नलिखित मान हैं: टी के = 647.266 के, पी के = 22.1145 एमपीए, वी के = 0.003147 एम 3 / किग्रा।

वह अवस्था जिसमें जल की तीनों अवस्थाएँ साम्यावस्था में हो सकती हैं, जल का त्रिगुण बिंदु कहलाती है। पानी के लिए: टी 0 = 273.16 के, पी 0 = 0.611 केपीए, वी 0 = 0.001 मीटर 3 / किग्रा। ऊष्मप्रवैगिकी में, त्रिक बिंदु पर विशिष्ट थैलीपी, एन्ट्रापी और आंतरिक ऊर्जा को लिया जाता है शून्य, अर्थात। मैं 0 = 0, एस 0 = 0, यू 0 = 0।

आइए जल वाष्प के मुख्य मापदंडों का निर्धारण करें

1. तरल हीटिंग

1 किग्रा द्रव को 0°C से क्वथनांक तक गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा कहलाती है तरल विशिष्ट ऊष्मा . एक तरल पदार्थ की गर्मी दबाव का एक कार्य है, ले रही है अधिकतम मूल्यगंभीर दबाव में।

इसका मूल्य निर्धारित किया जाता है:

क्यू \u003d सी पी (टी एस -टी 0),

जहाँ с р औसत द्रव्यमान है समदाब रेखीय ताप क्षमतातापमान में पानी t 0 \u003d 0 ° से t s तक, संदर्भ डेटा के अनुसार लिया जाता है

वे। क्यू = सी पी टी एस

विशिष्ट ऊष्मा को J/kg . में मापा जाता है

q मान को के रूप में व्यक्त किया जाता है

जहाँ i¢ क्वथनांक पर जल की एन्थैल्पी है;

मैं 0 डिग्री सेल्सियस पर पानी की थैलेपी है।

ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के अनुसार

मैं = यू 0 + पी एस वी 0 ,

जहां u 0 0 °С पर आंतरिक ऊर्जा है।

आई¢ = क्यू + यू 0 + पी एस वी 0

आइए हम सशर्त रूप से स्वीकार करें, जैसा कि आदर्श गैसों के मामले में होता है, कि u 0 = 0। तब

आई¢ = क्यू + पी एस वी 0

यह सूत्र आपको प्रयोग s , v 0 और q से प्राप्त मानों से i¢ के मान की गणना करने की अनुमति देता है।

कम दबाव P s पर, जब पानी के लिए P s v 0 का मान तरल की गर्मी की तुलना में छोटा होता है, तो हम लगभग ले सकते हैं

तरल की गर्मी संतृप्ति दबाव बढ़ने के साथ बढ़ती है और in महत्वपूर्ण बिंदुपहुँचती है अधिकतम मूल्य. यह मानते हुए कि i=u+ Pv (1), हम क्वथनांक पर पानी की आंतरिक ऊर्जा के लिए निम्नलिखित व्यंजक लिख सकते हैं:

यू¢ = आई¢ + पी एस वी¢

तरल तापन की प्रक्रिया में एन्ट्रापी परिवर्तन

यह मानते हुए कि 0 . पर पानी की एन्ट्रापी

यह सूत्र आपको क्वथनांक पर एक तरल की थैलीपी की गणना करने की अनुमति देता है।

2. वाष्पीकरण

गर्म किए गए 1 किलो तरल को क्वथनांक तक शुष्क संतृप्त भाप में स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा समदाब रेखीय प्रक्रियाबुलाया विशिष्ट ऊष्मावाष्पीकरण (आर) .

वाष्पीकरण की गर्मी द्वारा निर्धारित किया जाता है:

i¢¢ = r + i¢ क्वथनांक i¢ पर अनुभव से प्राप्त वाष्पीकरण की गर्मी और पानी की थैलीपी के अनुसार। (1) को ध्यान में रखते हुए, हम लिख सकते हैं:

आर = (यू¢¢-यू¢)+पी एस (वी¢¢-वी¢),

जहाँ u¢ और u¢¢ क्वथनांक पर पानी की आंतरिक ऊर्जा और शुष्क संतृप्त भाप हैं। इस समीकरण से पता चलता है कि वाष्पीकरण की गर्मी के दो भाग होते हैं। एक भाग (u¢¢-u¢) पानी से बनने वाली भाप की आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने में खर्च होता है। यह कहा जाता है आंतरिक गर्मीवाष्पीकरण और अक्षर r द्वारा निरूपित किया जाता है। पी एस (v¢¢-v¢) का दूसरा भाग उबलते पानी की आइसोबैरिक प्रक्रिया में भाप द्वारा किए गए बाहरी कार्य पर खर्च किया जाता है, और इसे वाष्पीकरण की बाहरी गर्मी (वाई) कहा जाता है।

बढ़ते संतृप्ति दबाव के साथ वाष्पीकरण की गर्मी कम हो जाती है और महत्वपूर्ण बिंदु पर शून्य के बराबर होती है। तरल की गर्मी और वाष्पीकरण की गर्मी शुष्क संतृप्त वाष्प l¢¢ की कुल गर्मी बनाती है।

शुष्क संतृप्त भाप u¢¢ की आंतरिक ऊर्जा के बराबर होती है

यू¢¢=आई¢¢-पी एस वी¢¢

वाष्पीकरण की प्रक्रिया में भाप की एन्ट्रापी में परिवर्तन अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित किया जाता है

यह व्यंजक हमें शुष्क संतृप्त भाप s¢¢ की एन्ट्रॉपी निर्धारित करने की अनुमति देता है।

विशिष्ट मात्रा v¢ और v¢¢ के ​​सीमा मूल्यों के बीच गीली संतृप्त भाप में शुष्क संतृप्त भाप और पानी होता है। 1 किलो गीली संतृप्त भाप में शुष्क संतृप्त भाप की मात्रा कहलाती है सूखापन की डिग्री , या वाष्प सामग्री . इस मान को अक्षर कहा जाता है एक्स. मूल्य (1x)बुलाया भाप नमी की डिग्री .

यदि हम सूखापन की डिग्री को ध्यान में रखते हैं, तो गीला संतृप्त भाप की विशिष्ट मात्रा v x

वी एक्स = वी¢¢एक्स + वी¢(1-एक्स)

वाष्पीकरण का ताप आर एक्स, तापीय धारिता मैं एक्स, कुल गर्मी एल एक्स, आंतरिक ऊर्जा आप एक्सऔर एन्ट्रापी एस एक्सगीले संतृप्त भाप के लिए निम्नलिखित मान हैं:

आरएक्स = आरएक्स; मैं एक्स = आई¢ + आरएक्स; एलएक्स = क्यू + आरएक्स; यू एक्स = आई¢ + आरएक्स - पी एस वी एस; एस एक्स = एस¢ + आरएक्स / टी एस

3. भाप सुपरहीटिंग प्रक्रिया

सूखी संतृप्त भाप क्वथनांक से निरंतर दबाव में अति ताप करती है टी एसनिर्धारित तापमान तक टी; जबकि भाप की विशिष्ट मात्रा बढ़ जाती है वायइससे पहले वी. ऊष्मा की वह मात्रा जो 1 किग्रा शुष्क संतृप्त भाप को क्वथनांक से एक निश्चित तापमान तक गर्म करने में खर्च होती है, अति ताप की ऊष्मा कहलाती है। सुपरहीट की गर्मी निर्धारित की जा सकती है:

जहां - पी के साथ तापमान रेंज टी एस - टी (संदर्भ डेटा से निर्धारित) में भाप की औसत द्रव्यमान ताप क्षमता है।

मात्रा q p के लिए हम लिख सकते हैं

क्यू पी \u003d मैं - आई¢,

जहां मैं अतितापित भाप की एन्थैल्पी है।