§ 18. Питома теплота пароутворення і конденсації. Розрахунок кількості теплоти, що потрібна для пароутворення та виділяється під час конденсації

Думки вголос-

Я зможу розв’язувати задачі на розрахунок кількості теплоти, потрібної для пароутворення та виділяється під час конденсації.

Важливе явище природи — колообіг води у природі — охоплює всі теплові процеси, які відбуваються під час зміни агрегатного стану речовини (мал. 71).

Нагадаємо, що плавлення і тверднення кристалічної речовини відбувається за сталої температури плавлення (тверднення), а рідина випаровується за будь-якої температури. Оскільки внутрішня енергія пари більша, ніж у рідини, то випаровування потребує безперервної передачі енергії від нагрівана або від навколишнього середовища. Досліди свідчать, що за різних температур рідині для випаровування потрібно додавати різну кількість теплоти: чим вища температура, за якої відбувається випаровування, тим менше потрібно теплоти. Найменша додаткова кількість теплоти потрібна за температури кипіння.

Фізичну величину, що показує, яка кількість теплоти потрібна для перетворення 1 кг рідини на пару за певної сталої температури, називають питомою теплотою пароутворення.

Питому теплоту пароутворення позначають великою латинською літерою L. Одиницею питомої теплоти пароутворення є джоуль на кілограм (1 Дж/кг).

Для розрахунків кількості теплоти, потрібної для випаровування рідини, експериментальним шляхом визначають питому теплоту пароутворення для кожної рідини за різних температур. У таблиці 13 наведено значення питомої теплоти пароутворення деяких рідин за температури кипіння і нормального атмосферного тиску.

Приклад. За таблицею 13 питома теплота пароутворення води:

L = 2260 ^KR^/K . Це означає, що кг

за температури 100 °С потрібно « 2,3 · 10^е Дж тепла для повного випаровування 1 кг води.

Під час конденсації пара віддає таку саму кількість теплоти, яка пішла на її утворення. Це доволі велика енергія, тому явище конденсації використовують у паровому опаленні приміщень. Його особливістю є комбіноване віддавання тепла парою, яка не тільки знижує свою температуру, проходячи всередині опалювального приладу, а й конденсується на його внутрішніх поверхнях. При цьому за конденсації 1 кг пари виділяється близько 2300 кДж тепла, а внаслідок остигання 1 кг пари на 50 ⁰C — лише 100 кДж.

Для випаровування 2 кг води за температури 100 °С знадобиться вдвічі більша кількість теплоти від иагрівача, а для випаровування т кг — в т разів більша.

Щоб обчислити кількість теплоти Q, потрібну для перетворення рідини маси т за температури кипіння на пару, слід питому теплоту пароутворення помножити на масу рідини:

Q = L · т.

Якщо відома кількість теплоти Q, що пішла на повне випаровування за температури кипіння т кг рідини, для визначення питомої теплоти пароутворення L треба Q поділити на т:

Саме за цією формулою визначають питому теплоту пароутворення за результатами дослідів.

Знаючи кількість теплоти Q₁ що пішла на повне випаровування за температури кипіння, і питому теплоту пароутворення L₁ для визначення маси т випароваиої рідини або утвореної пари треба Q поділити па L:

У випадку конденсації пари питому теплоту конденсації, кількість теплоти, що при цьому виділяється, а також масу утвореної рідини або сконденсованої пари обчислюють за такими самими формулами.

Приклад розв’язування задач Задача. Дано графік залежності температури від часу нагрівання для 500 г рідини. Яка це рідина? Яку кількість теплоти потрібно витратити для здійснення процесів AB і ВСІ Усі необхідні дані візьміть з таблиць 8, 12 і 13.

Розв'язання

1.    Початкова температура рідини = 28 °С. Цю рідину за 5 хв нагріли до t₂ = 78 °С. Від 5 до 10 хв температура рідини не змінювалась — отже, вона кипіла і за цей час уся википіла. У таблиці 13 знаходимо, що *₂ = 78 °С є температурою кипіння спирту. Отже, рідина, яку нагрівали, є спиртом.

2.    Нахилений відрізок AB графіка відповідає нагріванню спирту від 28 до 78 °С. Потрібну для цього кількість теплоти обчислюємо за формулою:

3. Горизонтальний відрізок графіка BC відповідає кипінню спирту до повного його википання. Кількість теплоти, потрібну для виконання цього процесу, обчислюємо за формулою Q_bc = L · т. Скористаємось найменшим значенням питомої теплоти паро-

1.    Рідина, яку нагрівали, є спиртом.

2.    Qab = 6,25 · 10^і Дж теплоти.

3.    Qbc = 4,5 · IO⁵ Дж теплоти.

Підсумки

•    Кількість теплоти, потрібну для пароутворення, або ту, що виділяється під час конденсації, розраховують за формулою O = L · т. Звичайно такі розрахунки виконують для випадку, коли рідина або пара перебувають за температури кипіння.

•    L — питома теплота пароутворення. L показує, яка кількість теплоти необхідна, щоб 1 кг рідини, взятої при ί^_π, повністю перевести в пару (або 1 кг пари перевести в рідину).

Перевір свої знання

1*. При якій температурі відбувається випаровування води?

2*. Що однакове в процесах випаровування і кипіння? У чому різниця між ними?

З*. Чому при кипінні рідина перетворюється в пару набагато швидше, ніж при випаровуванні?

4*. Чи випаровуються тверді тіла?

5*. Чому рідина при випаровуванні охолоджується?

6*. Чому ми відчуваємо холод, коли виходимо із річки?

7*. Чому чай остигає, коли ми на нього дуємо?

8*. Дано графік залежності температури від часу для 2 кг води. Назви процеси, які відповідають дільницям графіка AB₁ ВС. Яка енергія виділяється в результаті процесів AB і ВС?

9**. У залізну каструлю масою 1,5 кг налили 2,5 л води температурою 20 °С. Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання води до кипіння і подальшому повному перетворенню її в пару?

IO^iwf. Яка кількість теплоти виділиться водою масою 2 кг за охолодження від 100 до 0 °С? Яка кількість теплоти виділиться, якщо замість води взяти стільки ж пари за 100 °С?

H^ifiwf. Латунний калориметр масою 145 г містить 280 г води за 0 °С. У нього поклали 40 г льоду за -10 ⁰C і впустили водяну пару за 100 °С. Температура суміші стає 20 °С. Визнач масу пари, яку впустили в калориметр.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Сердюченко