Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
2°. Схема преобразования энергии в холодильной установке показана на рис. II.4.6. При изотермическом расширении, происходящем при температуре холодильной камеры T2, рабочее тело совершает работу и поглощает при этом от холодильной камеры количество теплоты Q2. При изотермическом сжатии рабочего тела, которое происходит при более высокой температуре T1 нагревателя (атмосферы), последнему передается количество теплоты Q1. Это происходит за счет работы внешних сил. Перевод рабочего тела из состояния с температурой T1 в состояние с температурой T2 и обратно осуществляется процессами адиабатического расширения (при этом температура падает от T1 до T2) и адиабатического сжатия (при этом температура растет от T2 до T1).
Рис. II.4.6
4.11. ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА 153
3°. Рабочим телом в холодильной установке служат обычно пары легкокипящих жидкостей — аммиака, фреона и т. д. Энергия подводится к установке от электрической сети. За счет этой энергии происходит «перекачка» теплоты от холодильной камеры к более нагретому телу — к окружающей среде.
4°. В холодильной установке сжатие рабочего тела происходит при более высокой температуре, чем расширение, и работа внешних сил при сжатии Асж больше, чем работа расширения рабочего тела Лрасш. За цикл внешние силы совершают положительную работу:
^ внешн ^сж ^расш Qi Q2-
Холодильным коэффициентом установки называется отношение количества теплоты, отнятого за цикл от холодильной камеры, к работе внешних сил:
k_ q2 ._ q2
А внешн qi-q г
Из второго закона термодинамики следует, что
Знак равенства относится к обратимому циклическому процессу в холодильной установке, знак неравенства — к необратимому: чем меньше разность T1—T2, тем меньше необходимо затратить механической или электрической энергии для «перекачки» теплоты от холодного тела к горячему. Холодильный коэффициент может быть больше 100%, в то время как к. п. д. теплового двигателя всегда значительно меньше 100%.
5°. Холодильная установка может быть использована как тепловой насос для отопления. При этом электроэнергия используется для того, чтобы привести в действие холодильную установку, в которой нагревателем является отапливаемое помещение, а холодильной камерой — наружная атмосфера. При этом отапливаемое помещение получает большее количество теплоты, чем его выделяется при непосредственном преобразовании электрической энергии во внутреннюю энергию нагревателей типа электропечей, электроплиток и т. п.
154 ОТДЕЛ II. ГЛ. 5. ПРЕВРАЩЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Глава 5
ВЗАИМНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
5.1. Испарение жидкостей
1°. Парообразованием называется процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости, называется испарением. Совокупность молекул, вылетевших из жидкости при парообразовании, называется паром данной жидкости. Образование пара происходит не только у жидкостей, но и у твердых тел (11.7.4.8°).
Из поверхностного слоя жидкости вылетают молекулы, которые обладают наибольшей скоростью и кинетической энергией теплового, хаотического движения, поэтому в результате испарения жидкость охлаждается.
Мерой процесса парообразования является скорость парообразования — количество жидкости, переходящей в пар за единицу времени с единицы площади поверхности жидкости.
2°. Охлаждение при испарении жидкостей имеет большое практическое значение. Например, при перевозке скоропортящихся продуктов для охлаждения вагонов в специальных устройствах испаряют жидкий аммиак или жидкую двуокись углерода. Испарение жидкого аммиака в змеевиках холодильных установок используется для получения льда. Змеевики проходят через раствор соли и охлаждают его ниже О °С. В растворе соли помещаются формы из листовой стали, наполненные водой. Куски льда образуются в этих формах, омываемых охлажденным раствором.
5.2. Насыщающий (насыщенный) пар
Г. Если процесс парообразования (11.5.1.1°) происходит в закрытом сосуде, то по истечении некоторого времени количество жидкости перестает убывать, хотя молекулы жидкости, способные покинуть ее поверхность, продолжают переходить в пар. В этом случае, наряду с процессом парообразования, происходит компенсирующий его обратный процесс конденсации — превращения пара в жидкость. Скорость конденсации определяется числом молекул, пере-
8.3. КИПЕНИЕ
155
ходящих из пара в жидкость через единицу площади поверхности жидкости в единицу времени.
2°. Через некоторое время в закрытом сосуде с находящейся в нем жидкостью наступает динамическое (подвижное) равновесие между процессами парообразования и конденсации: скорость парообразования становится равной скорости конденсации. С этого момента перестают меняться количества жидкости и находящегося над ней пара.
3°. Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется насыщающим (насыщенным) паром. Давление насыщающего (насыщенного) пара рИ зависит только от его химического состава и температуры и не зависит от ве- О Y личины свободного от жидкости объе- Рис. 11.5,1 ма сосуда, в котором находится пар.
