uap air

Di antara gas nyata tempat spesial ditempati oleh uap air. Ini telah menjadi sangat luas di banyak bidang teknologi dan digunakan sebagai pendingin di pembangkit listrik. Uap air biasanya digunakan pada tekanan dan suhu di mana ia harus dianggap sebagai: gas nyata. Uap air dapat diperoleh dengan dua cara yaitu dengan menguapkan dan merebus air.

Evaporasi adalah proses pembentukan uap dari air, yang terjadi hanya dari permukaan bebas. Proses ini berlangsung pada suhu berapa pun. Selama penguapan, molekul dengan energi kinetik tertinggi terlepas dari permukaan air dan terbang ke ruang sekitarnya. Akibatnya, uap air terbentuk di atas cairan. Intensitas proses penguapan meningkat dengan meningkatnya suhu.

Mendidih adalah proses pembentukan uap air di seluruh volume zat cair. Ketika dipanaskan sampai suhu tertentu, gelembung uap terbentuk di dalam cairan, yang, terhubung satu sama lain, terbang keluar ke ruang sekitarnya. Agar gelembung uap terbentuk dan kemudian tumbuh, proses penguapan perlu dilakukan di dalam gelembung, dan ini hanya mungkin jika energi kinetik molekul air memiliki nilai yang cukup untuk ini. Karena energi kinetik molekul ditentukan oleh suhu cairan, oleh karena itu, pendidihan pada tekanan eksternal tertentu hanya dapat dimulai pada suhu yang ditentukan dengan baik. Suhu ini disebut titik didih atau suhu jenuh dan dilambangkan dengan t n. Titik didih pada tekanan tertentu tetap konstan sampai semua cairan diubah menjadi uap.

Uap yang terbentuk di atas permukaan cairan mendidih disebut uap jenuh. Uap jenuh bisa kering atau basah. Uap jenuh kering adalah uap yang berada di atas permukaan cairan mendidih, tidak mengandung tetesan cairan tersuspensi. Uap jenuh basah, atau hanya uap basah, adalah campuran mekanis dari uap kering uap jenuh dan cairan mendidih. Karakteristik steam basah adalah derajat kekeringannya x. Derajat kekeringan adalah proporsi uap jenuh kering dalam uap basah, yaitu rasio massa uap jenuh kering dalam uap basah dengan massa uap basah. Nilai 1–x disebut derajat kelembapan atau kelembapan uap jenuh basah, yaitu fraksi massa cairan mendidih di udara lembab. Parameter yang sepenuhnya menentukan keadaan uap jenuh kering atau cairan mendidih adalah suhu atau tekanan dan derajat kekeringan.

Jika panas disuplai ke uap jenuh kering tanpa adanya cairan mendidih pada tekanan yang sama dengan tekanan uap jenuh kering, maka itu akan berubah menjadi uap super panas. Suhunya akan mulai naik. Steam superheated adalah steam yang memiliki lebih dari suhu tinggi pada tekanan tertentu daripada uap jenuh kering. Suhu uap superheated dilambangkan dengan huruf t, dan perbedaan suhu t–t n disebut derajat superheat, atau steam superheat. Ketika superheat uap meningkat, volumenya akan meningkat, jarak antara molekul akan meningkat dan, akibatnya, gaya tarik-menarik timbal balik akan berkurang, mis. uap super panas di derajat tinggi panas berlebih akan mendekati sifat-sifatnya ke gas ideal. Parameter yang menentukan keadaan uap superheated adalah tekanan dan suhu (atau volume spesifik).

Prosesnya, kebalikan dari penguapan, yaitu Proses dimana uap berubah menjadi cair disebut proses kondensasi.

Evaporasi adalah banyaknya uap air yang diuapkan dan dilepaskan ke udara. Tingkat penguapan tergantung pada banyak faktor, tetapi terutama pada suhu udara dan angin. Jelas bahwa semakin tinggi suhu, semakin besar penguapan. Tetapi, udara yang terus-menerus bergerak jenuh dengan uap air, ia membawa volume udara kering yang baru dan baru ke tempat tertentu. Bahkan angin lemah dengan kecepatan 2-3 m/s meningkatkan penguapan tiga kali lipat. Penguapan juga dipengaruhi oleh alam, tutupan vegetasi, dll.

Namun, karena kurangnya kelembaban di area tertentu, penguapan jauh lebih sedikit daripada yang bisa dilakukan dalam kondisi tertentu. Jumlah air yang dapat menguap dalam kondisi tertentu disebut volatilitas. Dengan kata lain, volatilitas adalah penguapan potensial di area tertentu, yang paling sering ditentukan dengan menggunakan evaporator atau penguapan udara terbuka. permukaan air reservoir alami (air tawar) yang besar atau dari tanah yang terlalu lembab.

Penguapan, seperti penguapan, dinyatakan dalam milimeter dari lapisan air yang diuapkan (mm); untuk periode tertentu - mm / tahun, dll.

pada permukaan bumi dua proses yang berlawanan arah terus-menerus terjadi: medan oleh presipitasi dan pengeringannya oleh evaporasi. Tetapi tingkat kelembaban wilayah ditentukan oleh rasio curah hujan dan penguapan. Humidifikasi wilayah dicirikan oleh koefisien kelembaban (K), yang dipahami sebagai rasio jumlah curah hujan (Q) terhadap penguapan (I): K = (jika K dinyatakan dalam pecahan satuan - pecahan ) dan K = 100% (jika dalam persen). Misalnya, di Eropa, curah hujan 300 mm, dan penguapan hanya 200 mm, mis. curah hujan melebihi penguapan 1,5 kali; koefisien kelembaban adalah 1,5, atau 150%.

Humidifikasi berlebihan bila K > 1, atau > 100%; normal jika K = 1, atau 100%; tidak cukup ketika< 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.

Kelembaban mutlak (a) adalah jumlah sebenarnya dari uap air di udara dalam saat ini, diukur dalam g/m 3 . Rasio kelembaban absolut terhadap maksimum, dinyatakan sebagai persentase, disebut kelembaban relatif (f), yaitu. f=100%. Udara dengan kelembaban maksimum disebut jenuh. Sebaliknya, udara tak jenuh masih memiliki kemampuan untuk menyerap uap air. Namun, ketika dipanaskan, udara jenuh menjadi tidak jenuh, dan ketika didinginkan, menjadi jenuh. PADA kasus terakhir dimulai. Kondensasi adalah kondensasi uap air berlebih dan transisinya ke keadaan cair, pembentukan tetesan air kecil. Udara jenuh dan tidak jenuh dapat menjadi jenuh selama pendakian, karena sangat dingin. Pendinginan juga dimungkinkan ketika tanah didinginkan dalam tempat ini dan ketika udara hangat memasuki daerah dingin.

Pengembunan dapat terjadi tidak hanya di udara, tetapi juga di permukaan bumi, pada berbagai benda. Dalam hal ini, tergantung pada kondisinya, embun, embun beku, kabut, es terbentuk. Embun dan embun beku terbentuk selama malam yang cerah dan tenang, terutama pada jam-jam sebelum pagi hari, ketika permukaan Bumi dan benda-bendanya mendingin. Kemudian uap air dari udara mengembun di permukaannya. Pada saat yang sama, embun beku terbentuk pada suhu negatif, dan embun terbentuk pada suhu positif. Jika permukaan yang hangat datang udara dingin atau udara hangat mendingin dengan cepat, kabut dapat terbentuk. Ini terdiri dari tetesan kecil, atau kristal, seolah-olah tergantung di udara. Di udara yang sangat tercemar, kabut atau kabut dengan campuran asap terbentuk - kabut asap. Ketika tetesan air hujan yang sangat dingin jatuh atau ke permukaan yang didinginkan di bawah 0 ° C dan pada 0 hingga -3 ° C, lapisan terbentuk es tebal, tumbuh di permukaan bumi dan pada benda-benda, terutama dari sisi angin - es. Itu berasal dari pembekuan tetesan hujan, kabut, atau gerimis yang sangat dingin. Kerak es dapat mencapai ketebalan beberapa sentimeter dan berubah menjadi bencana nyata: menjadi berbahaya bagi pejalan kaki, Kendaraan, mematahkan dahan pohon, mematahkan kabel, dll.

Alasan lain menyebabkan fenomena yang disebut. Es hitam biasanya terjadi setelah mencair atau hujan sebagai akibat dari cuaca dingin, ketika suhu turun tajam di bawah 0 ° C. Salju basah, hujan atau gerimis membeku. Glasir juga terbentuk ketika presipitasi cair ini jatuh di permukaan bumi yang sangat dingin, yang juga menyebabkannya membeku. Jadi, es adalah es di permukaan bumi, terbentuk sebagai hasil dari pembekuan salju basah atau presipitasi cair.

Terbentuk ketika uap air mengembun di udara yang naik karena pendinginannya. Ketinggian pembentukannya tergantung pada suhu dan kelembaban relatif udara. Ketika mencapai ketinggian di mana saturasi menjadi lengkap, tingkat kondensasi, kondensasi dan pembentukan awan dimulai. Awan masuk dalam gerakan konstan dan dapat terdiri dari tetesan kecil atau kristal, tetapi lebih sering bercampur. Ada tiga jenis utama awan: cirrus, stratus dan cumulus. Cirrus - awan tingkat atas (di atas 6000 m), tembus cahaya dan terdiri dari kristal es kecil. Curah hujan tidak jatuh dari mereka. Berlapis - awan tingkat tengah (dari 2000 hingga 6000 m) dan lebih rendah (di bawah 2000 m). Pada dasarnya, mereka memberikan curah hujan, biasanya panjang, luas. Awan kumulus dapat terbentuk di tingkat rendah dan mencapai sangat dataran tinggi. Seringkali mereka terlihat seperti menara dan terdiri dari tetesan di bagian bawah dan kristal di bagian atas. Mereka terkait dengan hujan, hujan es,

Zat apa lagi, selain gas, yang ada di udara?

1. Distribusi uap air di udara. Setelah hujan, Anda semua menyaksikan bagaimana atap rumah, batang pohon dan daun basah, genangan air terbentuk di mana-mana. Setelah awan menghilang, Matahari muncul, dan segala sesuatu di sekitarnya mengering. Kemana perginya air hujan tanpa jejak? Itu berubah menjadi uap air. Karena tidak berwarna, seperti udara, kita tidak dapat melihatnya.
Semua udara mengandung sejumlah air dalam bentuk uap air. Partikel air berupa uap juga terkandung dalam komposisi udara di dalam ruangan. Sangat mudah untuk diperhatikan. Di musim dingin, perhatikan benda-benda logam (kunci portofolio, sepatu roda, dll.) yang dibawa pulang dari jalan. Setelah beberapa saat mereka mulai "berkeringat". Ini berarti bahwa udara hangat di dalam ruangan, yang bersentuhan dengan benda dingin, melepaskan tetesan air.
Kelembaban permukaan bumi menguap dari tanah, rawa-rawa, sungai, danau, laut dan samudera dalam bentuk uap air ke atmosfer. Sejumlah besar air (86%) menguap dari lautan dan lautan.
Di alam, uap air terdapat di sirkulasi terus menerus. Uap air, naik di atas lautan dan daratan, memasuki atmosfer. Arus udara membawanya ke tempat lain. Uap air, pada gilirannya, mendingin, berubah menjadi awan, dan dalam bentuk presipitasi, kembali lagi ke permukaan Bumi.

2. Ketergantungan uap air di udara pada suhu. Kandungan uap air di udara tergantung pada keadaan permukaan dan suhu yang diuapkan. Ada banyak uap air di udara di atas lautan, tetapi sedikit di atas daratan. Selain itu, semakin tinggi suhu, semakin besar jumlah uap air di udara.

Seperti dapat dilihat dari tabel, udara dapat mengandung uap air, masing-masing, pada suhu tertentu. Jika udara mengandung uap air sebanyak yang dapat dikandungnya pada suhu tertentu, maka itu disebut jenuh. Misalnya, untuk menjenuhkan 1 m3 udara dengan uap air pada suhu +30°C, diperlukan 30 g uap air. Jika jumlah uap air hanya 25 gram, maka udara akan menjadi tidak jenuh, kering.
Ketika suhu naik, udara jenuh menjadi tidak jenuh. Misalnya, untuk menjenuhkan 1 m3 udara pada suhu 0°C, diperlukan 5 g uap air. Jika suhu udara naik menjadi + 10 ° C, maka 4 g uap air tidak akan cukup untuk menjenuhkan udara.

3. Kelembaban absolut dan relatif. Kandungan uap air di udara ditentukan oleh kelembaban mutlak dan relatif.
Kelembaban mutlak - jumlah uap air dalam gram per 1 m3 udara (g / m3).
Kelembaban relatif adalah rasio jumlah uap air yang ada dalam 1 m3 udara dengan jumlah uap air yang memenuhi udara pada suhu tertentu. Kelembaban relatif dinyatakan sebagai persentase.
Kelembaban relatif menunjukkan derajat kejenuhan udara dengan uap air. Misalnya, 1 m3 udara dapat mengandung 1 g uap air pada -20°C. Udara mengandung 0,5 g uap air. Maka kelembaban relatifnya adalah 50%. Ketika udara jenuh dengan uap air, kelembaban relatif mencapai 100%.

4. Kondensasi uap air. Setelah jenuh udara dengan uap air, sisa uap berubah menjadi tetesan air. Jika dalam 1 m3 udara pada suhu -10 ° C, alih-alih 2 g uap air, 3 g telah terkumpul, maka tambahan 1 g uap berubah menjadi tetesan air. Ketika suhu udara jenuh turun, ia tidak dapat menahan uap air sebanyak itu. Misalnya, untuk menjenuhkan 1 m3 udara pada +10°C, dibutuhkan 9 g uap air. Jika suhu turun menjadi 0 °, maka udara hanya menampung 5 g uap air, 4 g ekstra berubah menjadi tetesan air.
Dalam kondisi tertentu, transisi uap air ke keadaan cair (tetesan air) disebut kondensasi (dalam bahasa Latin kondensasi- penebalan). Pada suhu 0°C, uap air berubah menjadi keadaan padat, yaitu berubah menjadi kristal es.

5. Pengukuran kelembaban udara. Kelembaban relatif diukur menggunakan perangkat - higrometer rambut (dalam bahasa Yunani higro - basah, meter- ukuran). Perangkat ini menggunakan properti rambut manusia, memanjang dengan meningkatnya kelembaban. Saat kelembapan berkurang, rambut menjadi pendek. Rambut dilekatkan pada jarum jam, saat memanjangkan atau memendekkan rambut, panah, yang bergerak di sepanjang pelat jam, menunjukkan kelembapan relatif dalam persen (Gbr. 54).

Beras. 54. Higrometer rambut.

Higrometer, seperti termometer, ditempatkan di bilik meteorologi.
Di stasiun cuaca, kelembaban udara ditentukan menggunakan instrumen yang lebih akurat dan menggunakan tabel khusus.

1. Mengapa lebih banyak uap air di udara di atas khatulistiwa daripada di daerah beriklim sedang?

2. Apa yang terjadi pada uap air di udara dengan perubahan ketinggian?
3. Suhu udara +10°С. Kelembaban mutlak 6 g/m3. Dalam kondisi apa udara akan jenuh dengan uap air? (Pecahkan dalam 2 cara.)
4. Biasakan diri Anda dengan struktur higrometer dan ukur kelembaban relatifnya.

5*. Suhu udara adalah +30°С, dan kelembapan mutlak adalah 20 g/m3. Hitung kelembaban relatif.

Pada kata "uap", saya ingat saat-saat ketika saya masih belajar di sekolah dasar. Kemudian, pulang dari sekolah, orang tua akan mulai menyiapkan makan malam dan meletakkan panci berisi air di atas kompor gas. Dan setelah sepuluh menit, gelembung pertama mulai muncul di panci. Proses ini selalu membuat saya terpesona, bagi saya sepertinya saya bisa melihatnya selamanya. Dan kemudian, beberapa saat setelah munculnya gelembung, uap itu sendiri mulai mengalir. Suatu kali, saya bertanya kepada ibu saya: "Dari mana awan putih ini berasal?" (Begitulah saya biasa memanggil mereka). Dia menjawab saya: "Itu semua terjadi karena pemanasan air." Meskipun dia tidak menjawab tampilan penuh tentang proses munculnya uap, di dalam kelas fisika sekolah Saya mempelajari semua yang ingin saya ketahui tentang pasangan itu. Jadi...

Apa itu uap air?

Dengan poin ilmiah visi, uap air - just satu dari tiga keadaan fisik air itu sendiri. Hal ini diketahui terjadi ketika air dipanaskan. Seperti dirinya, uap tidak memiliki warna, tidak ada rasa, tidak berbau. Tetapi tidak semua orang tahu bahwa klub uap memiliki tekanannya sendiri, yang tergantung pada volumenya. Dan dinyatakan dalam Pascal(untuk menghormati ilmuwan terkenal itu).

Uap air mengelilingi kita tidak hanya ketika kita memasak sesuatu di dapur. Itu terus-menerus terkandung dalam udara dan atmosfer jalanan. Dan persentase isinya disebut "kelembaban mutlak".

Fakta tentang uap air dan fitur-fiturnya

Jadi, inilah beberapa poin menarik:

• semakin tinggi suhu, yang bekerja di atas air, semakin cepat proses penguapan;
• Di samping itu, tingkat penguapan meningkat dengan ukuran area permukaan dimana air berada. Dengan kata lain, jika kita mulai memanaskan lapisan kecil air di atas cangkir logam yang lebar, maka penguapan akan berlangsung sangat cepat;
• Tanaman tidak hanya membutuhkan air cair, tetapi juga gas. Fakta ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa uap terus-menerus keluar dari daun tanaman apa pun, mendinginkannya. Cobalah menyentuh daun pohon di hari yang panas - dan Anda akan melihat bahwa itu sejuk;
• hal yang sama berlaku untuk manusia, sistem yang sama bekerja dengan kita seperti dengan tanaman di atas. Penguapan mendinginkan kulit kita di hari yang panas. Anehnya, bahkan dengan beban kecil, tubuh kita menyisakan sekitar dua liter cairan per jam. Apa yang bisa kita katakan tentang peningkatan beban dan hari-hari musim panas?

Ini adalah bagaimana Anda dapat menggambarkan esensi uap dan perannya di dunia kita. Saya harap Anda telah menemukan banyak hal menarik!

Sejauh ini, objek penelitian kami adalah gas ideal, yaitu gas seperti itu di mana tidak ada gaya interaksi antarmolekul dan ukuran molekul diabaikan. Faktanya, ukuran molekul dan gaya interaksi antarmolekul memiliki sangat penting terutama pada suhu rendah dan tekanan tinggi.

Salah satu perwakilan gas nyata yang digunakan dalam praktik pemadaman kebakaran dan banyak digunakan dalam produksi industri adalah uap air.

Uap air banyak digunakan di berbagai industri industri, terutama sebagai pendingin di penukar panas Dan bagaimana badan kerja di pembangkit listrik tenaga uap. Ini karena distribusi air yang luas, murahnya dan tidak berbahaya bagi kesehatan manusia.

Memiliki tekanan tinggi dan relatif suhu rendah, uap yang digunakan dalam praktik mendekati keadaan cair, oleh karena itu, abaikan gaya kohesif antara molekulnya dan volumenya, seperti pada gas ideal, itu dilarang. Oleh karena itu, tidak mungkin menggunakan persamaan keadaan untuk gas ideal untuk menentukan parameter keadaan uap air, yaitu untuk uap. pv≠RT, karena uap air adalah gas nyata.

Upaya sejumlah ilmuwan (van der Waals, Berthelot, Clausius, dll.) untuk memperjelas persamaan keadaan gas nyata dengan memperkenalkan koreksi persamaan keadaan untuk gas ideal tidak berhasil, karena koreksi ini hanya diterapkan pada volume dan gaya kohesi antara molekul gas nyata dan tidak memperhitungkan sejumlah lainnya fenomena fisik terjadi pada gas-gas tersebut.

peran khusus memainkan persamaan yang diusulkan oleh van der Waals pada tahun 1873, (P + a/ v2) ( v - b)=RT. Menjadi perkiraan dalam perhitungan kuantitatif, persamaan van der Waals mencerminkan secara kualitatif dengan baik fitur fisik gas, karena memungkinkan kita untuk menggambarkan gambaran umum tentang perubahan keadaan materi dengan transisinya untuk memisahkan keadaan fase. Dalam persamaan ini sebuah dan di untuk gas tertentu adalah konstanta, dengan mempertimbangkan: yang pertama - gaya interaksi, dan yang kedua - ukuran molekul. Sikap a/v 2 mencirikan tekanan tambahan di mana gas nyata berada karena gaya kohesif antara molekul. Nilai di memperhitungkan penurunan volume di mana molekul-molekul gas nyata bergerak, karena fakta bahwa mereka sendiri memiliki volume.

Yang paling terkenal saat ini adalah persamaan yang dikembangkan pada tahun 1937-1946. fisikawan Amerika J. Mayer dan mandiri Matematikawan Soviet N. N. Bogolyubov, serta persamaan yang diusulkan oleh ilmuwan Soviet M. P. Vukalovich dan I. I. Novikov pada tahun 1939.

Karena sifatnya yang rumit, persamaan ini tidak akan dipertimbangkan.

Untuk uap air, semua parameter keadaan diringkas dalam tabel untuk kemudahan penggunaan dan disajikan dalam Lampiran 7.

Jadi, uap gas nyata yang diperoleh dari air dengan suhu kritis yang relatif tinggi dan mendekati saturasi disebut.

Pertimbangkan prosesnya transformasi cair menjadi uap, atau dikenal sebagai proses penguapan . Cairan dapat berubah menjadi uap ketika menguap dan mendidih.

dengan penguapan disebut penguapan, hanya terjadi dari permukaan cairan dan pada suhu berapa pun. Laju penguapan tergantung pada sifat cairan dan suhunya. Penguapan cairan bisa lengkap jika ada ruang tak terbatas di atas cairan. Di Alam, proses penguapan cairan dilakukan dalam skala raksasa setiap saat sepanjang tahun.

Inti dari proses penguapan terletak pada kenyataan bahwa molekul individu dari cairan, terletak di dekat permukaannya dan memiliki jumlah yang lebih besar dari molekul lain. energi kinetik, mengatasi aksi kekuatan molekul tetangga, menciptakan tegangan permukaan, terbang keluar dari cairan ke ruang sekitarnya. Dengan peningkatan suhu, intensitas penguapan meningkat, karena kecepatan dan energi molekul meningkat dan gaya interaksinya berkurang. Selama penguapan, suhu cairan menurun, karena molekul yang relatif kecepatan tinggi, mengakibatkan penurunan kecepatan rata-rata molekul yang tersisa di dalamnya.

Ketika panas dikomunikasikan ke cairan, suhu dan laju penguapannya meningkat. Pada beberapa suhu yang ditentukan dengan baik, tergantung pada sifat cairan dan tekanan di mana ia berada, penguapan di seluruh massanya. Dalam hal ini, dinding bejana dan di dalam cairan membentuk gelembung uap. Fenomena ini disebut mendidih cairan. Tekanan uap yang dihasilkan sama dengan tekanan media tempat terjadinya pendidihan.

Proses kebalikan dari penguapan disebut ke kondensasi th. Proses pengubahan uap menjadi cair ini juga terjadi pada suhu konstan jika tekanan tetap konstan. Selama kondensasi, molekul uap yang bergerak secara acak, yang bersentuhan dengan permukaan cairan, jatuh di bawah pengaruh gaya antarmolekul air, tetap di sana, sekali lagi berubah menjadi cairan. Karena Karena molekul uap bergerak lebih cepat daripada molekul cair, suhu cairan meningkat selama kondensasi. Cairan yang terbentuk ketika uap mengembun disebut kondensat .

Mari kita pertimbangkan proses penguapan secara lebih rinci.

Transisi cair ke uap memiliki tiga tahap:

1. Memanaskan cairan sampai titik didih.

2. Penguapan.

3. Uap terlalu panas.

Mari kita membahas setiap tahap secara lebih rinci.

Mari kita ambil sebuah silinder dengan piston, taruh 1 kg air di sana pada suhu 0 °C, secara konvensional dengan asumsi bahwa volume spesifik air pada suhu ini minimal 0,001 m 3 /kg. Sebuah beban ditempatkan pada piston, yang, bersama-sama dengan piston, memberikan tekanan konstan P pada cairan. Titik 0 sesuai dengan keadaan ini. Mari kita mulai memasok panas ke silinder ini.

Beras. 28. Grafik perubahan volume tertentu campuran uap-cair pada tekanan saturasi P s .

1. proses pemanasan cair. Dalam proses ini, dilakukan dengan tekanan konstan karena panas yang diberikan ke cairan, itu dipanaskan dari 0 ° C ke titik didih t s . Karena air memiliki koefisien muai panas yang relatif kecil, maka volume spesifik cairan akan sedikit berubah dan meningkat dari v 0 menjadi v¢. Poin 1 sesuai dengan keadaan ini, dan segmen 0-1 sesuai dengan proses.

2. Proses penguapan . Dengan pasokan panas lebih lanjut, air akan mendidih dan berubah menjadi keadaan gas, yaitu uap air. Proses ini sesuai dengan segmen 1-2 dan peningkatan volume spesifik dari v¢ ke v¢¢. Proses penguapan tidak hanya terjadi pada tekanan konstan, tetapi juga pada suhu konstan yang sama dengan titik didih. Dalam hal ini, air di dalam silinder sudah berada dalam dua fase: uap dan cair. Air hadir dalam bentuk cairan terkonsentrasi di bagian bawah silinder dan dalam bentuk tetesan kecil, merata di seluruh volume.

Proses penguapan disertai dengan proses sebaliknya yang disebut kondensasi. Jika laju kondensasi menjadi kecepatan yang sama penguapan, maka terjadi kesetimbangan dinamis dalam sistem. Steam dalam keadaan ini memiliki kepadatan maksimum dan disebut jenuh. Oleh karena itu, di bawah kaya memahami uap di keadaan keseimbangan dengan cairan dari mana ia terbentuk. Sifat utama dari uap ini adalah bahwa ia memiliki suhu yang merupakan fungsi dari tekanannya, yang sama dengan tekanan media tempat terjadinya pendidihan. Oleh karena itu, titik didih juga disebut suhu saturasi dan dilambangkan dengan t n. Tekanan yang sesuai dengan t n disebut tekanan saturasi (dinotasikan dengan p n atau hanya hal. Uap terbentuk sampai menguap Jerami terakhir cairan. Momen ini akan sesuai dengan keadaan kering jenuh (atau hanya kering) pasangan. Uap yang dihasilkan oleh penguapan yang tidak sempurna dari suatu zat cair disebut uap jenuh basah atau hanya basah. Ini adalah campuran uap kering dengan tetesan cairan yang didistribusikan secara merata di seluruh massanya dan berada dalam suspensi di dalamnya. Fraksi massa uap kering dalam uap basah disebut derajat kekeringan atau kandungan massa uap dan dilambangkan dengan X. Fraksi massa zat cair dalam uap basah disebut derajat kelembaban dan dilambangkan dengan y. Jelas bahwa pada= 1 - X. Derajat kekeringan dan derajat kelembapan dinyatakan dalam pecahan satuan, atau dalam%: misalnya, jika x = 0,95 dan y= 1 - x = 0,05, ini berarti campuran mengandung 95% uap kering dan 5% cairan mendidih.

3. Panas berlebih pada uap. Dengan suplai panas lebih lanjut, suhu uap akan meningkat (dengan demikian, volume spesifik meningkat dari v¢¢ ke v¢¢¢). Keadaan ini sesuai dengan segmen 2-3 . Jika temperatur steam lebih tinggi dari temperatur steam jenuh pada tekanan yang sama, maka steam tersebut disebut terlalu panas. Selisih antara suhu uap superheated dan suhu uap jenuh pada tekanan yang sama disebut derajat panas berlebih sebuah.

Karena volume spesifik uap superheated lebih besar dari volume spesifik uap jenuh (karena p = const, t jalur > t n), maka densitas uap super panas kepadatan kurang uap jenuh. Oleh karena itu, uap superheated tidak jenuh. Oleh mereka sendiri properti fisik uap superheated mendekati gas dan semakin banyak, semakin tinggi tingkat overheating-nya.

Dari pengalaman, posisi poin 0 - 2 ditemukan untuk lainnya, lebih tekanan tinggi kejenuhan. Menghubungkan poin yang sesuai berbagai tekanan, kita memperoleh diagram keadaan uap air.

Beras. 29. pv - diagram keadaan uap air.

Dari analisis diagram, dapat dilihat bahwa ketika tekanan meningkat, volume spesifik cairan berkurang. Dalam diagram, penurunan volume dengan peningkatan tekanan ini sesuai dengan garis SD. Suhu saturasi, dan karenanya volume spesifik, meningkat, seperti yang ditunjukkan oleh garis AK. Penguapan air juga terjadi lebih cepat, yang terlihat jelas dari garis VC. Ketika tekanan meningkat, perbedaan antara v¢ dan v berkurang, dan garis AK dan VC secara bertahap saling mendekat. Pada tekanan tertentu, yang cukup pasti untuk setiap zat, garis-garis ini bertemu di satu titik K, yang disebut titik kritis. Titik K, pada saat yang sama milik garis cair pada titik didih AK dan garis uap jenuh kering VK, sesuai dengan keadaan kritis pembatas tertentu dari zat, di mana tidak ada perbedaan antara uap dan cairan. Parameter keadaan disebut kritis dan dilambangkan dengan T k, P k, v k. Untuk air, parameter kritis memiliki nilai sebagai berikut: T k = 647.266K, P k = 22.145 MPa, v k = 0,003147 m 3 /kg.

Keadaan di mana ketiga fase air dapat berada dalam kesetimbangan disebut titik tripel air. Untuk air: T 0 = 273,16K, P 0 = 0,611 kPa, v 0 = 0,001 m 3 /kg. Dalam termodinamika, entalpi spesifik, entropi, dan energi internal pada titik tripel dianggap sebagai nol, yaitu i 0 = 0, s 0 = 0, u 0 = 0.

Mari kita tentukan parameter utama uap air

1. Pemanasan cair

Banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg zat cair dari 0°C sampai titik didihnya disebut panas spesifik cairan . Kalor suatu fluida adalah fungsi dari tekanan, dengan mengambil nilai maksimum pada tekanan kritis.

Nilainya ditentukan:

q \u003d c p (t s -t 0),

di mana adalah massa rata-rata kapasitas panas isobarik air dalam kisaran suhu dari t 0 \u003d 0 ° hingga t s, diambil sesuai dengan data referensi

itu. q = c p t s

Panas spesifik diukur dalam J/kg

Nilai q dinyatakan sebagai

di mana i¢ adalah entalpi air pada titik didih;

i adalah entalpi air pada 0 °C.

Menurut hukum pertama termodinamika

i = u 0 + P s v 0 ,

di mana u 0 adalah energi internal pada 0 °С.

i¢ = q + u 0 + P s v 0

Mari kita terima dengan syarat, seperti dalam kasus gas ideal, bahwa u 0 = 0. Maka

i¢ = q + P s v 0

Rumus ini memungkinkan Anda menghitung nilai i¢ dari nilai yang ditemukan dari percobaan s , v 0 dan q.

Pada tekanan rendah P s , ketika untuk air nilai P s v 0 kecil dibandingkan dengan panas cairan, kira-kira kita dapat mengambil

Panas cairan meningkat dengan meningkatnya tekanan saturasi dan titik kritis mencapai nilai maksimum. Mengingat i=u+ Pv (1), kita dapat menulis ekspresi berikut untuk energi internal air pada titik didih:

u¢ = i¢ + P s v¢

Perubahan entropi dalam proses pemanasan cair

Dengan asumsi bahwa entropi air pada 0

Rumus ini memungkinkan Anda untuk menghitung entalpi cairan pada titik didih.

2. penguapan

Banyaknya kalor yang diperlukan untuk memindahkan 1 kg zat cair yang dipanaskan sampai titik didihnya menjadi uap jenuh kering dalam proses isobarik ditelepon panas spesifik penguapan (r) .

Panas penguapan ditentukan oleh:

i¢¢ = r + i¢ sesuai dengan panas penguapan dan entalpi air yang didapat dari pengalaman pada titik didih i¢. Dengan memperhatikan (1), kita dapat menulis:

r = (u¢¢-u¢)+P s (v¢¢-v¢),

di mana u¢ dan u¢¢ adalah energi dalam air pada titik didih dan uap jenuh kering. Persamaan ini menunjukkan bahwa panas penguapan memiliki dua bagian. Satu bagian (u¢¢-u¢) dihabiskan untuk meningkatkan energi internal dari uap yang terbentuk dari air. Itu disebut kehangatan internal penguapan dan dilambangkan dengan huruf r. Bagian lain dari P s (v¢¢-v¢) digunakan untuk kerja eksternal yang dilakukan oleh uap dalam proses isobarik air mendidih, dan disebut panas penguapan eksternal (y).

Panas penguapan berkurang dengan meningkatnya tekanan saturasi dan sama dengan nol pada titik kritis. Panas cairan dan panas penguapan membentuk panas total uap jenuh kering l¢¢.

Energi internal uap jenuh kering u¢¢ sama dengan

u¢¢=i¢¢-P s v¢¢

Perubahan entropi uap dalam proses penguapan ditentukan oleh ekspresi

Ungkapan ini memungkinkan kita untuk menentukan entropi uap jenuh kering s¢¢.

Uap jenuh basah antara nilai batas volume spesifik v¢ dan v¢¢ terdiri dari uap jenuh kering dan air. Banyaknya uap jenuh kering dalam 1 kg uap jenuh basah disebut derajat kekeringan , atau kandungan uap . Nilai ini disebut huruf x. Nilai (1x) ditelepon tingkat kelembaban uap .

Jika kita memperhitungkan derajat kekeringan, maka volume spesifik uap jenuh basah v x

v x = v¢¢x + v¢(1-x)

Panas penguapan r x, entalpi saya x, kehangatan total l x, energi dalam kamu x dan entropi s x untuk uap jenuh basah memiliki nilai sebagai berikut:

rx = rx; i x = i¢ + rx; lx = q + rx; u x = i¢ + rx – p s v s ; s x = s¢ + rx/T s

3. proses superheating uap

Uap jenuh kering menjadi sangat panas pada tekanan konstan dari titik didih t s hingga suhu yang disetel t; sementara volume spesifik uap meningkat dari v¢ sebelum v. Jumlah panas yang dihabiskan untuk memanaskan 1 kg uap jenuh kering dari titik didih ke suhu tertentu disebut panas superheating. Panas superheat dapat ditentukan:

di mana - dengan p adalah kapasitas panas massa rata-rata uap dalam kisaran suhu t s - t (ditentukan dari data referensi).

Untuk besaran q p dapat kita tulis

q p \u003d i - i¢,

di mana I adalah entalpi uap superheated.