מים ואדי מים. מים, אדי מים ואוויר, תכונותיהם
עד כה, מושא המחקר שלנו היה גזים אידיאליים, כלומר. גזים כאלה שבהם אין כוחות של אינטראקציות בין-מולקולריות וגודל המולקולות מוזנח. למעשה, יש לגדלים של מולקולות ולחוזק של אינטראקציות בין-מולקולריות חשיבות רבה, במיוחד בטמפרטורות נמוכות ולחצים גבוהים.
אחד הנציגים של גזים אמיתיים המשמשים באימון כיבוי אש ובשימוש נרחב ב ייצור תעשייתי, הוא אדי מים.
אדי מים נמצאים בשימוש נרחב ביותר ב תעשיות שונותתעשייה, בעיקר כנוזל קירור במחלפי חום וכנוזל עבודה בתחנות כוח קיטור. זה מוסבר על ידי נוכחותם של מים, בזול שלהם ואי-מזיקה לבריאות האדם.
בעל לחץ דם גבוה ויחסית טמפרטורה נמוכה, קיטור המשמש בפועל קרוב למצב של נוזל, לכן, לא ניתן להזניח את כוחות ההיצמדות בין המולקולות שלו לנפח שלהן, כמו בגזים אידיאליים. כתוצאה מכך, לא ניתן להשתמש במשוואות המצב של גזים אידיאליים כדי לקבוע את הפרמטרים של מצב אדי המים, כלומר עבור קיטור pv≠RT,שכן אדי מים הם גז אמיתי.
ניסיונות של מספר מדענים (ואן דר ואלס, ברתלוט, קלאוזיוס ועוד) להבהיר את משוואות המצב של גזים אמיתיים על ידי הכנסת תיקונים למשוואת המצב לגזים אידיאלים לא צלחו, שכן תיקונים אלו התייחסו רק לנפח כוחות היצמדות בין מולקולות של גז אמיתי ולא לקחו בחשבון מספר תופעות פיזיקליות אחרות המתרחשות בגזים אלו.
תפקיד מיוחד ממלאת המשוואה שהציע ואן דר ואלס ב-1873, (P + a/ v 2) ( v - ב) = RT. בהיותה משוערת בחישובים כמותיים, משוואת ואן דר ואלס משקפת בצורה איכותית את המאפיינים הפיזיקליים של גזים, מכיוון שהיא מאפשרת לתאר תמונה גדולהשינויים במצב של חומר עם המעבר שלו למצבי פאזה נפרדים. במשוואה הזו או Vעבור גז נתון הם ערכים קבועים שלוקחים בחשבון: הראשון הוא כוחות האינטראקציה, והשני הוא גודל המולקולות. יַחַס a/v 2מאפיין את הלחץ הנוסף שבו נמצא גז אמיתי עקב כוחות לכידות בין מולקולות. עוצמה Vלוקח בחשבון את הירידה בנפח שבו נעות המולקולות של גז אמיתי בשל העובדה שיש להן עצמן נפח.
המשוואה הידועה ביותר כיום היא זו שפותחה בשנים 1937-1946. הפיזיקאי האמריקני ג'יי מאייר ובאופן בלתי תלוי בו, המתמטיקאי הסובייטי N.N. Bogolyubov, כמו גם המשוואה שהציעו המדענים הסובייטים M.P. Vukalovich ו-I.I. Novikov ב-1939.
בשל אופיים המסורבל, משוואות אלו לא ייחשבו.
עבור אדי מים, כל פרמטרי המצב מוצגים בטבלאות עבור קלות השימוש ומוצגים בנספח 7.
כך, אדי מים הוא גז אמיתי המתקבל ממים עם טמפרטורה קריטית גבוהה יחסית וקרוב למצב הרוויה.
בואו נשקול את התהליך הפיכת נוזל לאדים, הנקרא אחרת התהליך הִתאַדוּת . נוזל יכול להפוך לאדים באמצעות אידוי והרתחה.
אידוי נקרא אידוי המתרחש רק מפני השטח של הנוזל ובכל טמפרטורה. עוצמת האידוי תלויה באופי הנוזל ובטמפרטורה שלו. אידוי של נוזל יכול להיות מושלם אם יש מקום בלתי מוגבל מעל הנוזל. בטבע, תהליך אידוי הנוזל מתרחש בקנה מידה עצום בכל עת של השנה.
המהות של תהליך האידוי היא שמולקולות בודדות של נוזל, הממוקמות על פני השטח שלה ובעלות אנרגיה קינטית גדולה יותר בהשוואה למולקולות אחרות, מתגברות על פעולת הכוח של מולקולות שכנות, יוצרות מתח פנים ועופות מהנוזל אל החלל שמסביב. . עם עליית הטמפרטורה, עוצמת האידוי עולה, ככל שהמהירות והאנרגיה של המולקולות עולות וכוחות האינטראקציה ביניהן פוחתים. במהלך האידוי יורדת טמפרטורת הנוזל, שכן מולקולות במהירויות גבוהות יחסית עפות מתוכו, וכתוצאה מכך המהירות הממוצעת של המולקולות הנותרות בו יורדת.
כאשר מעבירים חום לנוזל, הטמפרטורה וקצב האידוי שלו עולים. בטמפרטורה מסוימת מאוד, בהתאם לאופי הנוזל והלחץ שבו הוא נמצא, הוא מתחיל אידוי לאורך כל המסה שלו. במקרה זה נוצרות בועות אדים על דופן הכלי ובתוך הנוזל. תופעה זו נקראת רְתִיחָה נוזלים. הלחץ של האדים המתקבלים זהה לזה של המדיום שבו מתרחשת הרתיחה.
תהליך הפוך של אידוי נקרא ל הִתְעַבּוּת ה'. תהליך זה של הפיכת אדים לנוזל מתרחש גם בטמפרטורה קבועה אם הלחץ נשאר קבוע. במהלך העיבוי, מולקולות אדים הנעות בצורה כאוטי, במגע עם פני הנוזל, נופלות תחת השפעת הכוחות הבין-מולקולריים של המים, נשארות שם והופכות שוב לנוזל. כי מכיוון שלמולקולות אדים יש מהירות גבוהה יותר בהשוואה למולקולות נוזל, במהלך עיבוי הטמפרטורה של הנוזל עולה. הנוזל שנוצר כאשר אדים מתעבים נקרא מעובה .
הבה נבחן את תהליך האידוי ביתר פירוט.
למעבר של נוזל לאדים יש שלושה שלבים:
1. מחממים את הנוזל לסף רתיחה.
2. אידוי.
3. התחממות יתר בקיטור.
בואו נסתכל על כל שלב ביתר פירוט.
ניקח גליל עם בוכנה ונניח שם 1 ק"ג מים בטמפרטורה של 0°C, בהנחה מקובלת שנפח המים הספציפי בטמפרטורה זו הוא מינימלי של 0.001 מ"ק/ק"ג. על הבוכנה מופעל עומס אשר יחד עם הבוכנה מפעיל לחץ קבוע P על הנוזל מצב זה מתאים לנקודה 0. נתחיל לספק חום לגליל הזה.
אורז. 28. גרף של שינויים בנפח הספציפי של תערובת האדים-נוזל בלחץ הרוויה P s.
1. תהליך חימום נוזלים. בתהליך זה, המתבצע בלחץ קבוע עקב החום המוענק לנוזל, הוא מחומם מ-0 מעלות צלזיוס לנקודת הרתיחה t s. כי למים יש מקדם התפשטות תרמית קטן יחסית, ואז הנפח הספציפי של הנוזל ישתנה מעט ויגדל מ-v 0 ל-v¢. מצב זה מתאים לנקודה 1, והתהליך - קטע 0-1.
2. תהליך אידוי . עם אספקת חום נוספת, המים ירתחו ויהפכו למצב גזי, כלומר. אדי מים תהליך זה מתאים לקטע 1-2 ולעלייה בנפח הספציפי מ-v¢ ל-v¢¢. תהליך האידוי מתרחש לא רק בלחץ קבוע, אלא גם בטמפרטורה קבועה השווה לנקודת הרתיחה. במקרה זה, המים בגליל יהיו כבר בשני שלבים: אדי ונוזל. המים נמצאים בצורת נוזל המרוכז בתחתית הגליל ובצורת טיפות זעירות, המפוזרות באופן שווה בכל הנפח.
תהליך האידוי מלווה ב תהליך הפוךשנקרא עיבוי. אם קצב העיבוי הופך שווה לקצב האידוי, אז מתרחש שיווי משקל דינמי במערכת. לאדים במצב זה יש צפיפות מקסימלית והוא נקרא רווי. לכן, מתחת עָשִׁיר להבין קיטור שנמצא בשיווי משקל עם הנוזל שממנו הוא נוצר. התכונה העיקרית של הקיטור הזה היא שיש לו טמפרטורה שהיא פונקציה של הלחץ שלו, זהה ללחץ של המדיום שבו מתרחשת הרתיחה. לכן, נקודת הרתיחה נקראת אחרת טמפרטורת הרוויהומסומן t n. הלחץ המקביל ל-t n נקרא לחץ רוויה (מסומן p נאו רק ע. נוצרים אדים עד שהטיפה האחרונה של הנוזל מתאדה. הרגע הזה יתאים למדינה יָבֵשׁ רווי (או פשוט יָבֵשׁ) זוג. האדים שנוצרים על ידי אידוי לא שלם של נוזל נקרא קיטור רווי רטוב או בפשטות רָטוֹב. זוהי תערובת של אדים יבשים עם טיפות נוזליות, המופצות באופן שווה על כל המסה שלו ותלויות בה. שבר המוניםקיטור יבש בקיטור רטוב נקרא דרגת היובש או תכולת אדים המונית ומסומן על ידי איקס. חלק המסה של נוזל באדי רטוב נקרא דרגת לחות והוא מסומן על ידי u.זה ברור ש בְּ-= 1 - איקס.דרגת היובש ודרגת הלחות מתבטאות בשברירי יחידה או באחוזים: למשל, אם x = 0.95 ו y = 1 - x = 0.05, זה אומר שהתערובת מכילה 95% אדים יבשים ו-5% נוזל רותח.
3. התחממות יתר של קיטור. עם אספקת חום נוספת, טמפרטורת הקיטור תגדל (הנפח הספציפי גדל בהתאם מ-v¢¢ ל-v¢¢¢). מצב זה מתאים לקטע 2-3 . אם הטמפרטורה של הקיטור גבוהה מהטמפרטורה של קיטור רווי באותו לחץ, אזי קיטור כזה נקרא שָׁחוּן. ההבדל בין הטמפרטורה של קיטור מחומם לטמפרטורה של קיטור רווי באותו לחץ נקרא דרגת התחממות יתר א.
מכיוון שהנפח הספציפי של קיטור מחומם גדול יותר מהנפח הספציפי של קיטור רווי (מאז p = const, t per > t n), אז הצפיפות של קיטור מחומם-על קטנה מצפיפות הקיטור הרווי. לכן, קיטור מחומם הוא בלתי רווי. לפי שלהם תכונות גשמיותהקיטור המחומם מתקרב לגזים וככל שדרגת התחממות גבוהה יותר, כך גדלה.
מניסיון, מיקומי הנקודות 0 - 2 נמצאו עבור אחרים, יותר לחצים גבוהיםרִוּוּי. על ידי חיבור הנקודות המתאימות ב לחצים שונים, נקבל תרשים של מצב אדי המים.
אורז. 29. pv - תרשים של מצב אדי המים.
מניתוח התרשים ניתן לראות שככל שהלחץ עולה, הנפח הסגולי של הנוזל יורד. בתרשים, ירידה זו בנפח עם הגדלת הלחץ תואמת לקו SD. טמפרטורת הרוויה, ולפיכך הנפח הספציפי, עולה, כפי שמדגים קו AK. מים גם מתאדים מהר יותר, מה שנראה בבירור מקו ה-VC. ככל שהלחץ עולה, ההפרש בין v¢ ל-v¢¢ יורד, והקווים AK ו-BK מתקרבים בהדרגה זה לזה. בלחץ מסוים, די ספציפי לכל חומר, הקווים הללו מתכנסים בנקודה אחת K, הנקראת הנקודה הקריטית. נקודה K, השייכת בו-זמנית לקו הנוזל בנקודת הרתיחה AK ולקו האדים הרווי היבש BK, מתאימה לגבול מסוים מצב קריטיחומר שאין בו הבחנה בין אדי לנוזל. פרמטרי המצב נקראים קריטיים ומסומנים Tk, Pk, vk. עבור מים, לפרמטרים הקריטיים יש את הערכים הבאים: Tk = 647.266K, Pk = 22.1145 MPa, vk = 0.003147 m 3 /kg.
המצב שבו כל שלושת שלבי המים יכולים להיות בשיווי משקל נקרא נקודת המים המשולשת. למים: T 0 = 273.16 K, P 0 = 0.611 kPa, v 0 = 0.001 m 3 /kg. בתרמודינמיקה מניחים שהאנטלפיה, האנטרופיה והאנרגיה הפנימית בנקודה המשולשת הם אפס, כלומר. i 0 = 0, s 0 = 0, u 0 = 0.
בואו נקבע את הפרמטרים העיקריים של אדי מים
1. חימום נוזלי
כמות החום הנדרשת לחימום 1 ק"ג נוזל מ-0 מעלות צלזיוס לנקודת הרתיחה נקראת חום ספציפי של נוזל . החום של נוזל הוא פונקציה של לחץ, לוקח ערך מרבי בלחץ קריטי.
ערכו נקבע:
q = с р (t s -t 0) ,
כאשר c p הוא קיבולת החום האיזוברית הממוצעת של מים בטווח הטמפרטורות מ-t 0 = 0 °C עד t s, נלקח מנתוני ייחוס
הָהֵן. q = с р t s
חום סגולי נמדד ב-J/kg
הכמות q מבוטאת כ
כאשר i¢ היא האנטלפיה של מים בנקודת הרתיחה;
i היא האנטלפיה של מים ב-0 מעלות צלזיוס.
לפי החוק הראשון של התרמודינמיקה
i = u 0 + P s v 0 ,
כאשר u 0 היא האנרגיה הפנימית ב-0 מעלות צלזיוס.
i¢ = q + u 0 + P s v 0
הבה נניח באופן מותנה, כמו במקרה של גזים אידיאליים, ש-u 0 = 0. אז
i¢ = q + P s v 0
נוסחה זו מאפשרת לך לחשב את הערך של i¢ באמצעות הערכים של P s, v 0 ו-q שנמצאו מניסיון.
בלחצים נמוכים Р s, כאשר עבור מים הערך Р s v 0 קטן בהשוואה לחום הנוזל, אפשר להניח בערך
חום הנוזל עולה עם עליית לחץ הרוויה ומגיע לערכו המקסימלי בנקודה הקריטית. בהתחשב בכך ש-i=u+ Pv (1), נוכל לכתוב את הביטוי הבא לאנרגיה הפנימית של מים בנקודת הרתיחה:
u¢ = i¢ + P s v¢
שינוי באנטרופיה במהלך חימום נוזלי
בהנחה שהאנטרופיה של המים ב-0
נוסחה זו מאפשרת לך לחשב את האנטלפיה של נוזל בנקודת הרתיחה שלו.
2. הִתאַדוּת
כמות החום הנדרשת להעברת 1 ק"ג נוזל שחומם לסף רתיחה לאדים רווי יבש בתהליך איזובארי נקראת חום ספציפיאידוי (ר) .
חום האידוי נקבע:
i¢¢ = r + i¢ מבוסס על חום האידוי והאנטלפיה של מים בנקודת הרתיחה i¢ שנמצאה מניסיון. אם ניקח בחשבון (1), נוכל לכתוב:
r = (u¢¢-u¢)+P s (v¢¢-v¢),
כאשר u¢ ו-u¢¢ הם האנרגיה הפנימית של מים בנקודת רתיחה וקיטור רווי יבש. משוואה זו מראה שלחום האידוי יש שני חלקים. חלק אחד (u¢¢-u¢) מושקע בהגדלת האנרגיה הפנימית של הקיטור הנוצר ממים. זה נקרא חום פנימיאידוי ומסומן באות r. החלק השני של P s (v¢¢-v¢) מושקע עבודה חיצונית, המבוצע על ידי קיטור בתהליך איזובארי של מים רותחים, ונקרא חום האידוי החיצוני (y).
חום האידוי יורד עם עליית לחץ הרוויה ושווה לאפס בנקודה הקריטית. חום הנוזל וחום האידוי יוצרים את החום הכולל של קיטור רווי יבש l¢¢.
האנרגיה הפנימית של קיטור רווי יבש u¢¢ שווה ל
u¢¢=i¢¢-P s v¢¢
השינוי באנטרופיה של הקיטור במהלך תהליך האידוי נקבע על ידי הביטוי
ביטוי זה מאפשר לנו לקבוע את האנטרופיה של קיטור רווי יבש s¢¢.
קיטור רווי רטוב בין ערכי הגבול של נפחים ספציפיים v¢ ו-v¢¢ מורכב מקיטור רווי יבש ומים. כמות הקיטור הרווי היבש ב-1 ק"ג של קיטור רווי רטוב נקראת דרגת יובש , או תוכן קיטור . כמות זו נקראת האות איקס. עוצמה (1-x)שקוראים לו דרגת לחות קיטור .
אם ניקח בחשבון את מידת היובש, אז הנפח הספציפי של קיטור רווי רטוב v x
v x = v¢¢x + v¢(1-x)
חום אידוי r x, אנטלפיה אני x, חום מלא l x, אנרגיה פנימית u xואנטרופיה s xעבור קיטור רווי רטוב יש את הערכים הבאים:
rx = rx; i x = i¢ + rx; l x = q + rx; u x = i¢ + rx – p s v s ; s x = s¢ + rx/T s
3. תהליך חימום-על בקיטור
קיטור רווי יבש מתחמם בלחץ קבוע מנקודת הרתיחה tsלטמפרטורה שנקבעה ט; במקרה זה, נפח הקיטור הספציפי עולה מ v¢לפני v. כמות החום המושקעת כדי לחמם 1 ק"ג אדים רווי יבש מנקודת הרתיחה לטמפרטורה נתונה נקראת חום-על. ניתן לקבוע את החום של חימום-על:
איפה - עם p ממוצע קיבולת חום המוניתקיטור בטווח הטמפרטורות t s – t (נקבע מנתוני ייחוס).
עבור הערך q p נוכל לכתוב
q p = i – i¢ ,
שבו אני הוא האנטלפיה של קיטור מחומם.
אדי מים - נוזל עבודה פנימה טורבינות קיטור, מנועי קיטור, במפעלים גרעיניים, נוזל קירור במחלפי חום שונים.
קִיטוֹר - גוף גזי במצב קרוב לנוזל רותח.
הִתאַדוּת - תהליך המרת חומר מ מצב נוזלילתוך אדים.
אידוי - אידוי, המתרחש תמיד בכל טמפרטורה מפני השטח של הנוזל.
בטמפרטורה מסוימת, בהתאם לאופי הנוזל והלחץ שבו הוא נמצא, מתרחש אידוי בכל מסת הנוזל. תהליך זה נקרא רְתִיחָה .
תהליך הפוך של אידוי נקרא הִתְעַבּוּת . עיבוי, כמו אידוי, מתרחש בטמפרטורה קבועה.
תהליך של שינוי מוצק ישירות לאדים נקרא הַאֲצָלָה . התהליך ההפוך של מעבר קיטור למצב מוצק נקרא דה-סובלימציה .
כאשר נוזל מתאדה בחלל סגור (בדודי קיטור), מתרחשת בו-זמנית תופעה הפוכה - עיבוי קיטור. אם קצב העיבוי הופך שווה לקצב האידוי, אז מתרחש שיווי משקל דינמי. הקיטור במקרה זה הוא בעל צפיפות מקסימלית והוא נקרא עָשִׁיר מַעבּוֹרֶת .
אם הטמפרטורה של הקיטור גבוהה מהטמפרטורה של קיטור רווי באותו לחץ, אזי קיטור כזה נקרא שָׁחוּן .
ההבדל בין הטמפרטורה של קיטור מחומם לטמפרטורה של קיטור רווי באותו לחץ נקרא דרגת התחממות יתר .
מכיוון שהנפח הספציפי של קיטור מחומם-על גדול מהנפח הספציפי של קיטור רווי, הצפיפות של קיטור מחומם-על קטנה מצפיפות הקיטור הרווי. לכן, קיטור מחומם הוא בלתי רווי.
ברגע האידוי של טיפת הנוזל האחרונה בחלל מוגבל ללא שינוי טמפרטורה ולחץ (כלומר, כאשר הנוזל מפסיק להתאדות), יבש עשיר קִיטוֹר . מצבו של קיטור כזה נקבע על ידי פרמטר אחד - לחץ.
תערובת מכנית של טיפות נוזל יבשות וזעירות נקראת רָטוֹב מַעבּוֹרֶת .
חלק המוני של קיטור יבש בקיטור רטוב - דרגת יובש איקס:
x=m מיזם משותף /M סמנכ"ל , (6.7)
איפה M מיזם משותף- מסה של אדים יבשים באדים רטובים; M סמנכ"ל- מסה של אדים רטובים.
שבר המונים בְּ-נוזלים באדים רטובים - תוֹאַר לחות :
בְּ-= 1–איקס = 1–M מיזם משותף /M סמנכ"ל = (M סמנכ"ל –M מיזם משותף)/M סמנכ"ל . (6.8)
6.4. מאפיינים של אוויר לח
אוויר אטמוספרי, המורכב בעיקר מחמצן, חנקן, פחמן דו חמצני, מכיל תמיד כמות מסוימת של אדי מים.
תערובת של אוויר יבש ואדי מים נקראת רָטוֹב אוויר . אוויר לח בלחץ וטמפרטורה נתונים יכולים להכיל כמויות שונות של אדי מים.
תערובת של אוויר יבש ואדי מים רוויים נקראת רווי לחות אוויר . במקרה זה, האוויר הלח מכיל את הכמות המקסימלית של אדי מים האפשרית עבור טמפרטורה נתונה. כשהאוויר הזה מתקרר, אדי המים יתעבו. הלחץ החלקי של אדי המים בתערובת זו שווה ללחץ הרוויה בטמפרטורה נתונה.
אם אוויר לח מכיל אדי מים במצב מחומם-על בטמפרטורה נתונה, אז זה נקרא בלתי רווי . מכיוון שהוא אינו מכיל את הכמות המקסימלית של אדי מים האפשרית עבור טמפרטורה נתונה, הוא מסוגל ללחות נוספת. אוויר זה משמש כ חומר ייבושבמתקני ייבוש שונים.
לפי חוק דלטון, לחץ ראוויר לח הוא סכום הלחצים החלקיים של אוויר יבש ר Vואדי מים ר פ :
p = p V + עמ' פ . (6.9)
ערך מקסימלי ע פבטמפרטורה נתונה של אוויר לח הוא הלחץ של אדי מים רוויים ע נ .
כדי למצוא את הלחץ החלקי של הקיטור, השתמש במכשיר מיוחד - מַד לָחוּת . מכשיר זה משמש כדי לקבוע נקודת טל כלומר טמפרטורה ט ע, שאליו יש לקרר את האוויר בלחץ קבוע כדי שיהיה רווי.
לדעת את נקודת הטל, אתה יכול להשתמש בטבלאות כדי לקבוע את הלחץ החלקי של אדים באוויר כלחץ רוויה ע נ, המתאים לנקודת הטל ט ע .
מוּחלָט לחות אוויר היא כמות אדי המים הקיימת ב-1 מ"ק של אוויר לח. לחות מוחלטת שווה לצפיפות האדים בלחץ החלקי ובטמפרטורת האוויר שלה ט נ .
היחס בין הלחות המוחלטת של אוויר בלתי רווי בטמפרטורה נתונה ללחות המוחלטת של אוויר רווי באותה טמפרטורה נקרא קרוב משפחה לחות אוויר
φ=с פ /עם נאוֹ φ= (עם פ /עם נ)·100%, (6.10)
לאוויר יבש φ =0, עבור בלתי רווי φ <1, для насыщенного φ =1 (100%).
בהתחשב באדי מים כגז אידיאלי, ניתן, על פי חוק בויל-מריוט, להחליף את יחס הצפיפות ביחס הלחץ. לאחר מכן:
φ=ρ פ /ρ נאוֹ φ= ע פ / ע נ·100%. (6.11)
צפיפות האוויר הלח מורכבת מהמוני אוויר יבש ואדי מים הכלולים בנפח של 1 מ"ק:
ρ=ρ V +ρ פ = ע V / (ר V ט)+φ/ v′′ . (6.12)
המשקל המולקולרי של אוויר לח נקבע על ידי הנוסחה:
μ =28,95–10,934φ∙ ע נ / ע . (6.13)
ערכים ע נו v′′ בטמפרטורת האוויר טנלקח משולחן אדי המים, φ - על פי נתוני פסיכומטר, ע- לפי הברומטר.
תכולת לחות מייצג את היחס בין מסת הקיטור למסת האוויר היבש:
d=M פ /M V , (6.14)
איפה M פ , M V- המוני אדים ואוויר יבש באוויר לח.
קשר בין תכולת לחות ללחות יחסית:
ד=0,622φ· ע נ ·/( ע - φ· ע נ). (6.15)
קבוע גז של אוויר:
ר=8314/μ =8314/(28.95–10.934 μ· ע נ / ע). (6.16)
הנוסחה תקפה גם:
ר = (287+462ד)/(1+ד).
נפח אוויר לח לכל ק"ג אוויר יבש:
V vl.v = R·T/ע. (6.17)
נפח ספציפי של אוויר לח:
v=V vl.v /(1+ד). (6.17א)
קיבולת חום מסה סגולית של תערובת הקיטור-אוויר:
עם ס"מ = ג V +d s פ . (6.18)
לאדי המים יש חשיבות רבה לטבע הסובב אותנו. הוא קיים באטמוספירה, משמש בטכנולוגיה, ומשמש חלק בלתי נפרד מתהליך המקור וההתפתחות של החיים על פני כדור הארץ.
ספרי לימוד בפיזיקה אומרים שאדי מים הם משהו שכל אחד יכול לראות על ידי הנחת קומקום על האש. לאחר זמן מה, זרם אדים מתחיל לברוח מהזרבובית שלו. תופעה זו נובעת מהעובדה שמים יכולים להיות במצבי צבירה שונים, כפי שמגדירים הפיזיקאים - גזי, מוצק, נוזלי. תכונות כאלה של מים מסבירות את נוכחותם המקיפה על פני כדור הארץ. על פני השטח - במצב נוזלי ומוצק, באטמוספירה - במצב גזי.
תכונה זו של המים והמעבר הרציף שלהם למצבים שונים נוצרים בטבע. הנוזל מתאדה מפני השטח, עולה לאטמוספירה, מועבר למקום אחר בצורה של אדי מים ויורד שם כגשם, ומספק את הלחות הדרושה למקומות חדשים.
למעשה, פועל מעין מנוע קיטור, שמקור האנרגיה עבורו הוא השמש. במהלך התהליכים הנחשבים, אדי מים מחממים בנוסף את כוכב הלכת בשל השתקפות הקרינה התרמית של כדור הארץ חזרה לפני השטח, מה שגורם לאפקט החממה. אם לא הייתה "כרית" מוזרה כזו, הטמפרטורה על פני כדור הארץ הייתה נמוכה ב-20 מעלות צלזיוס.
כדי לאשר את האמור לעיל, אנו יכולים להיזכר בימי שמש בחורף ובקיץ. בעונה החמה הוא גבוה, והאטמוספירה, כמו בחממה, מחממת את כדור הארץ, אבל בחורף, במזג אוויר שטוף שמש, לפעמים מתרחש הקור המשמעותי ביותר.
כמו כל הגזים, לאדי מים יש תכונות מסוימות. אחד הפרמטרים שקובעים את אלה יהיה צפיפות אדי המים. בהגדרה, זוהי כמות אדי המים הכלול במטר מעוקב אחד של אוויר. בעיקרו של דבר, כך מוגדר האחרון.
כמות המים באוויר משתנה כל הזמן. זה תלוי בטמפרטורה, בלחץ, בשטח. תכולת הלחות באטמוספרה היא פרמטר חשוב ביותר לחיים, והיא מנוטרת כל הזמן באמצעות מכשירים מיוחדים - מד לחות ופסיכומטר.
שינויים בלחות נגרמים מהעובדה שתכולת המים בחלל שמסביב משתנה עקב תהליכי אידוי ועיבוי. עיבוי הוא ההפך מאידוי; במקרה זה, אדים מתחילים להפוך לנוזל, והוא נופל אל פני השטח.
במקרה זה, בהתאם לטמפרטורת הסביבה, עלולים להיווצר ערפל, טל, כפור וקרח.
כאשר אוויר חם, מים, בא במגע עם אדמה קרה, נוצר טל. בחורף, בטמפרטורות מתחת לאפס, יווצר כפור.
אפקט שונה במקצת מתרחש כאשר אוויר קר מגיע, או האוויר המחומם במהלך היום מתחיל להתקרר. במקרה זה נוצר ערפל.
אם טמפרטורת המשטח שעליו מתעבה הקיטור שלילית, אז מתרחש קרח.
לפיכך, תופעות טבע רבות, כגון ערפל, טל, כפור, קרח, נובעות מהיווצרותן לאדי מים הכלולים באטמוספירה.
בהקשר זה ראוי להזכיר את היווצרותם של עננים המעורבים גם ישירות בהיווצרות מזג האוויר. מים מתאדים מפני השטח והופכים לאדי מים ועולים. כאשר מגיעים לגובה שבו מתחיל עיבוי, הוא הופך לנוזל ונוצרים עננים. הם יכולים להיות מכמה סוגים, אך לאור הנושא העומד על הפרק חשוב שישתתפו ביצירת אפקט החממה והעברת הלחות למקומות חדשים.
החומר המוצג מראה מהו אדי מים ומתאר את השפעתם על תהליכי חיים המתרחשים על פני כדור הארץ.
אדי מים
אדי מים
מים הכלולים באטמוספירה במצב גזי. כמות אדי המים באוויר משתנה מאוד; התוכן הגבוה ביותר שלו הוא עד 4%. אדי מים אינם נראים; מה שנקרא קיטור בחיי היומיום (קיטור מנשימה באוויר קר, קיטור ממים רותחים וכו') הוא תוצאה של עיבוי אדי מים, בדיוק כמו עֲרָפֶל. כמות אדי המים קובעת את המאפיין החשוב ביותר למצב האטמוספירה - לחות אוויר.
גֵאוֹגרַפיָה. אנציקלופדיה מאוירת מודרנית. - מ.: רוסמן. נערך על ידי פרופ. א.פ. גורקינה. 2006 .
ראה מה זה "אדי מים" במילונים אחרים:
אדי מים הם המצב הגזי של המים. אין לו צבע, טעם או ריח. כלול בטרופוספירה. נוצר על ידי מולקולות מים במהלך האידוי. כאשר אדי מים נכנסים לאוויר, הם, כמו כל שאר הגזים, יוצר לחץ מסוים,... ... ויקיפדיה
אדי מים- קיטור מים במצב גזי. [RMG 75 2004] נושאי מדידת הלחות של חומרים מילים נרדפות של קיטור EN קיטור מים DE Wasserdampf FR vapeur d eau ... מדריך למתרגם טכני
אדי מים- מים המצויים באטמוספירה של כדור הארץ בשלב האדים ומתחת לטמפרטורה הקריטית למים... מילון גיאוגרפיה
אדי מים- מים במצב גזי. הוא חודר לאטמוספירה כתוצאה מאידוי מפני השטח של אגני מים ואדמה. מתעבה ל(ראו) בצורה של ערפלים, עננים ועננים ושוב חוזר אל פני כדור הארץ בצורה של משקעים שונים... אנציקלופדיה פוליטכנית גדולה
אדי מים- מצב גזי של מים. אם ב-101.3 kPa (760 מ"מ כספית) המים מחוממים ל-100 מעלות צלזיוס, אז הם רותחים ומתחילים להיווצר אדי מים, בעלי אותה טמפרטורה, אך נפח גדול בהרבה. מצב בו מים וקיטור... ... מילון אנציקלופדיות למטלורגיה
נושא 2. יסודות הנדסת חום.
הנדסה תרמיתהוא מדע החוקר שיטות להשגה, המרה, העברה ושימוש בחום. אנרגיה תרמית מתקבלת על ידי שריפת חומרים אורגניים הנקראים דלק.
היסודות של הנדסת חום הם:
1. תרמודינמיקה היא מדע החוקר את הפיכת אנרגיית החום לסוגים אחרים של אנרגיה (לדוגמה: אנרגיה תרמית למכנית, כימית וכו')
2. העברת חום - בוחן את חילופי החום בין שני נוזלי קירור דרך משטח החימום.
נוזל העבודה הוא נוזל קירור (אדי מים או מים חמים), המסוגל להעביר חום.
בחדר הדוודים, נוזל הקירור (נוזל העבודה) הוא מים חמים וקיטור מים בטמפרטורה של 150 מעלות צלזיוס או קיטור עםטמפרטורות של עד 250 מעלות צלזיוס. מים חמים משמשים לחימום מבני מגורים ומבני ציבור, זאת בשל תנאים סניטריים והיגייניים והיכולת לשנות בקלות את הטמפרטורה בהתאם לטמפרטורה החיצונית. למים יש צפיפות משמעותית בהשוואה לאדים, מה שמאפשר להם להעביר כמות משמעותית של חום למרחקים ארוכים עם נפח קטן של נוזל קירור. מים מסופקים למערכת החימום של מבנים בטמפרטורה שאינה עולה על 95 מעלות צלזיוס כדי למנוע שריפת אבק על מכשירי חימום וכוויות ממערכות חימום. קיטור משמש לחימום מבנים תעשייתיים ובמערכות ייצור וטכנולוגיות.
פרמטרים של נוזל עבודה
נוזל הקירור, הקולט או נותן אנרגיה תרמית, משנה את מצבו.
לדוגמה:המים בדוד הקיטור מתחממים והופכים לאדים בעלי טמפרטורה ולחץ מסוימים. הקיטור נכנס לדוד-הקיטור, מקרר את עצמו והופך לעיבוי. טמפרטורת המים המחוממים עולה, טמפרטורת הקיטור והעיבוי יורדת.
הפרמטרים העיקריים של נוזל העבודה הם טמפרטורה, לחץ, נפח ספציפי, צפיפות.
t, P- נקבע על ידי מכשירים: מדי לחץ, מדי חום.
נפח וצפיפות ספציפיים הם ערכים מחושבים.
1. נפח ספציפי- נפח תפוס על ידי יחידת מסה של חומר ב
0°C ולחץ אטמוספרי 760 מ"מ כספית. (בתנאים רגילים)
שבו: V- נפח (מ 3); m היא מסת החומר (ק"ג); מצב סטנדרטי: P=760mm h.st. t=20 o C
2. צפיפות- היחס בין מסת חומר לנפח שלו. 
לכל חומר יש צפיפות משלו:
בפועל משתמשים בצפיפות יחסית - היחס בין הצפיפות של גז נתון לצפיפות של חומר סטנדרטי (אוויר) בתנאים רגילים (t° = 0°C: 760 mm Hg)
על ידי השוואת צפיפות האוויר עם צפיפות המתאן, נוכל לקבוע מאילו מקומות לדגום לנוכחות מתאן.
אנחנו מקבלים,
גז קל יותר מאוויר, מה שאומר שהוא ממלא את החלק העליון של כל נפח; הדגימה נלקחת מהחלק העליון של תנור הדוד, באר, חדרים, חדר. מנתחי גז מותקנים בחלק העליון של המקום.
(הדלק קל יותר, תופס את החלק העליון)
צפיפות הפחמן החד חמצני כמעט זהה לזו של האוויר, ולכן נלקחת דגימה לפחמן חד חמצני במרחק של 1.5 מטר מהרצפה.
3. לַחַץ- כוח זה הפועל ליחידת שטח פנים.
כוח לחץ שווה ל-1 נ,מופץ באופן אחיד על משטח של 1 מ"ר נלקח כיחידת לחץ ושווה ל-1 Pa (N/m 2)במערכת SI (עכשיו בבתי ספר, בספרים הכל ב-Pa, גם מכשירים ב-Pa).
הערך של Pa קטן בערכו, למשל: אם לוקחים 1 ק"ג מים ושופכים אותם על 1 מטר, מקבלים 1 mm.in.st. לכן, מכפילים וקידומות מוצגים - MPa, KPa...
יחידות מדידה גדולות יותר משמשות בטכנולוגיה
1kPa=10 3 Pa; 1MPa=10 b Pa; 1 GPa = 10 9 Pa.
יחידות לחץ שאינן מערכתיות kgf/m2; kgf/cm 2 ; mm.h.st.; mm.h.st.
1 kgf/m 2 = 1 mm.in st =9.8 Pa
1 kgf/cm 2 = 9.8. 10 4 Pa ~ 10 5 Pa = 10 4 ק"ג/מ"ר 2
לחץ נמדד לעתים קרובות באטמוספרות פיזיות וטכניות.
אווירה פיזית- לחץ אוויר אטמוספרי ממוצע בגובה פני הים בגובה פני הים.
1 atm = 1.01325. 10 5 Pa = 760 מ"מ כספית. = 10.33 מ' מים. st = 1.0330 מ"מ שעה. אומנות. = 1.033 kgf/cm2.
אווירה טכנית-הלחץ הנגרם מכוח של 1 kgf מופץ באופן אחיד על פני משטח נורמלי אליו בשטח של 1 ס"מ 2.
1at = 735 מ"מ כספית. אומנות. = 10 m.v. אומנות. = 10,000 מ"מ שעה. אומנות. = =0.1 MPa= 1 kgf/cm 2
1 מ"מ V. אומנות. - כוח השווה ללחץ ההידרוסטטי של עמודת מים בגובה 1 מ"מעל בסיס שטוח 1 מ"מ V. st = 9.8 Pa.
1 מ"מ. rt. st - כוח השווה ללחץ ההידרוסטטי של עמודת כספית בגובה 1 מ"מעל בסיס שטוח. 1 מ"מ rt. אומנות. = 13.6 מ"מ. V. אומנות.
במאפיינים הטכניים של משאבות, המונח לחץ משמש במקום לחץ. יחידת המדידה ללחץ היא mW.O. אומנות. לדוגמה:הלחץ שנוצר על ידי המשאבה הוא 50 Mמים אומנות. זה אומר שהוא יכול להעלות מים לגובה של 50 M.
סוגי לחץ: עודף, ואקום (ואקום, טיוטה), מוחלט, אטמוספרי .
אם המחט סוטה לכיוון גדול מאפס, זהו לחץ עודף; אם היא סוטה מתחת לאפס, זהו ואקום.
לחץ אבסולוטי:
P abs = P ex + P atm
P abs = P vac + P atm
P abs = P atm - פיזור P
כאשר: P atm = 1 kgf/cm 2
לחץ אטמוספירה- לחץ אוויר אטמוספרי ממוצע בגובה פני הים ב t° = 0 מעלות צלזיוס ואטמוספירה רגילה ר=760 מ"מ. rt. אומנות.
לחץ יתר- לחץ מעל אטמוספרי (בנפח סגור). בחדרי דוודים יש מים בלחץ עודף, קיטור בדוודים ובצנרת. R izb. נמדד על ידי מדי לחץ.
ואקום (ואקום)- לחץ בנפחים סגורים נמוך מהאטמוספרי (וואקום). התנורים והארובות של הדוודים נמצאים תחת ואקום. הוואקום נמדד על ידי מדי טיוטה.
לחץ אבסולוטי- עודף לחץ או ואקום תוך התחשבות בלחץ אטמוספרי.
בהתאם למטרה המיועדת, הלחץ הוא:
1). תעלה - הלחץ הגבוה ביותר ב-t=20 o C
2). עבודה – הלחץ העודף המקסימלי בדוד, המבטיח פעילות ארוכת טווח של הדוד בתנאי הפעלה רגילים (מצוין בהוראות הייצור).
3). מותר - הלחץ המרבי המותר שנקבע על סמך תוצאות בדיקה טכנית או חישוב חוזק בקרה.
4). עיצוב – הלחץ העודף המרבי שבו מחושב חוזק אלמנטי הדוד.
5). Rtest - לחץ עודף בו מתבצעות בדיקות הידראוליות של אלמנטים של הדוד לחוזק וצפיפות (אחד מסוגי הבדיקה הטכנית).
4. טמפרטורה- זוהי מידת החימום של הגוף, הנמדדת במעלות. קובע את כיוון העברת החום הספונטנית מגוף מחומם יותר לגוף פחות מחומם.
העברת חום תתבצע עד שהטמפרטורות יהיו שוות, כלומר, מתרחש שיווי משקל בטמפרטורה.
נעשה שימוש בשני סולמות: בינלאומי - קלווין וצלזיוס מעשי t ° C.
בקנה מידה זה, אפס היא נקודת ההיתוך של קרח, ומאה מעלות היא נקודת הרתיחה של מים באטמוספירה. לחץ (760 מ"מ rt. אומנות.).
האפס המוחלט (הטמפרטורה הנמוכה ביותר האפשרית מבחינה תיאורטית שבה אין תנועה מולקולרית) משמש כנקודת הייחוס בסולם הטמפרטורה התרמודינמית של קלווין. יָעוּדִי ט.
1 קלווין שווה ל-1° צלזיוס
טמפרטורת ההיתוך של הקרח היא 273K. נקודת הרתיחה של מים היא 373K
T=t + 273; t = T-273
נקודת הרתיחה תלויה בלחץ.
לדוגמה,בְּ R ab c = 1,7 kgf/cm2.מים רותחים בשעה t = 115 מעלות צלזיוס.
5. חום -אנרגיה שניתן להעביר מגוף מחומם יותר לגוף פחות מחומם.
יחידת ה-SI של חום ואנרגיה היא ג'ול (J). היחידה הלא מערכתית של מדידת חום היא הקלוריות ( cal).
1 cal.- כמות החום הנדרשת לחימום 1 גרם של H 2 O ב-1 מעלות צלזיוס בשעה
P = 760 מ"מ. Hg
1 cal.=4.19J
6. יכולת חום – היכולת של הגוף לספוג חום . על מנת לחמם שני חומרים שונים בעלי אותה מסה לאותה טמפרטורה, יש להוציא כמויות שונות של חום.
קיבולת החום הסגולית של מים היא כמות החום שצריכה להיות מסופקת מיחידת חומר כדי להעלות את הטמפרטורה ב-1°C, שווה ל-1 קק"ל/ק"ג מעלות.
שיטות להעברת חום.
ישנן שלוש שיטות להעברת חום:
1. מוליכות תרמית;
2. קרינה (קרינה);
3. הסעה.
מוליכות תרמית-
העברת חום עקב תנועה תרמית של מולקולות, אטומים ואלקטרונים חופשיים.
לכל חומר מוליכות תרמית משלו, זה תלוי בהרכב הכימי, המבנה ותכולת הלחות של החומר.
מאפיין כמותי של מוליכות תרמית הוא מקדם המוליכות התרמית, שהוא כמות החום המועברת דרך יחידת משטח חימום ליחידת זמן בהפרש טב-C בערך ובעובי דופן של 1 מטר.
מקדם מוליכות תרמית ( ):
נחושת = 330 קק"ל . מ"מ 2. ח . בָּרָד
ברזל יצוק = 5 4 קק"ל . מ"מ 2. ח . בָּרָד
פלדה = 39 קק"ל . מ"מ 2. ח . בָּרָד
ניתן לראות שלמתכות יש מוליכות תרמית טובה, נחושת היא הטובה ביותר.
אסבסט =0.15 קק"ל . מ"מ 2. ח . בָּרָד
פיח =0.05-0, קק"ל . מ"מ 2. ח . בָּרָד
קנה מידה = 0.07-2 קק"ל . מ"מ 2. ח . בָּרָד
אוויר = 0.02 קק"ל . מ"מ 2. ח . בָּרָד
גופים נקבוביים (אסבסט, פיח, אבנית) מוליכים חום בצורה גרועה.
פיחמקשה על העברת חום מגזי הפליטה לדופן הדוד (הוא מוליך חום גרוע פי 100 מפלדה), מה שמוביל לצריכת דלק מופרזת ולהפחתת ייצור הקיטור או המים החמים. נוכחות של פיח מגבירה את הטמפרטורה של גזי הפליטה. כל זה מוביל לירידה ביעילות הדוד. כאשר דוודים פועלים מדי שעהבאמצעות מכשירים (לוגומטר), ה-t של גזי פחמן מנוטר, שערכיו מצוינים ב מפת המשטרדוּד אם הטמפרטורה של גזי פחמן עלתה, אז משטח החימום מפוצץ.
סוּלָםנוצר בתוך הצינורות (הוא מוליך חום גרוע פי 30-50 מפלדה), ובכך מפחית את העברת החום מקיר הדוד למים, וכתוצאה מכך הקירות מתחממים יתר על המידה, מתעוותים ונקרעים (קריעת צינורות הדוד). אבנית מוליכה חום גרוע פי 30-50 מפלדה
הולכת חום -
העברת חום על ידי ערבוב או הזזת חלקיקים בינם לבין עצמם (אופייני רק לנוזלים וגזים). יש הסעה טבעית וכפויה.
הסעה טבעית- תנועה חופשית של נוזל או גזים עקב הבדל בצפיפות של שכבות מחוממות באופן לא אחיד.
הסעה מאולצת- תנועה מאולצת של נוזל או גזים עקב לחץ או ואקום שנוצרו על ידי משאבות, מפזי עשן ומאווררים.
דרכים להגביר את העברת החום ההסעה:
§ הגברת מהירות הזרימה;
§ טורבוליזציה (מערבולת);
§ הגדלת משטח החימום (עקב התקנת סנפירים);
§ הגדלת הפרש הטמפרטורה בין אמצעי החימום למחומם;
§ תנועה נגדית של מדיה (זרם נגדי).
קרינה (קרינה) -
חילופי חום בין גופים הממוקמים במרחק אחד מהשני עקב אנרגיית קרינה, שהנשאים שלה הם רעידות אלקטרומגנטיות: אנרגיה תרמית מומרת לאנרגיה קורנת ולהיפך, מקרינה לתרמית.
קרינה היא הדרך היעילה ביותר להעביר חום, במיוחד אם לגוף הנחקר יש טמפרטורה גבוהה והקרניים מכוונות בניצב למשטח המחומם.
כדי לשפר את העברת החום על ידי קרינה בתנורי דוד, חריצים מיוחדים עשויים מחומרים עקשן, אשר בו זמנית פועלים כפולטי חום ומייצבי בעירה.
משטח החימום של הדוד הוא משטח שמצד אחד הוא נשטף בגזים ומצד שני במים.
נדון לעיל 3 סוגי חילופי חוםנדיר למצוא בצורתם הטהורה. כמעט סוג אחד של חילופי חום מלווה באחר. כל שלושת סוגי חילופי החום קיימים בדוד, אשר נקרא חילופי חום מורכבים.
בתנור הדוד:
א) מהמבער למשטח החיצוני של צינורות הדוד - קרינה.
ב) מגזי הפליטה הנוצרים לקיר - בהסעה
ב) מהמשטח החיצוני של דופן הצינור למשטח הפנימי - מוליכות תרמית.
ד) מהמשטח הפנימי של דופן הצינור למים, על ידי מחזור לאורך פני השטח - הסעה.
העברת חום ממדיום אחד למשנהו דרך קיר מפריד נקראת העברת חום.
מים, אדי מים ותכונותיהם
מים הם התרכובת הכימית הפשוטה ביותר של מימן עם חמצן, יציבה בתנאים רגילים, הצפיפות הגבוהה ביותר של מים היא 1000 ק"ג/מ"ק ב-t = 4 o C.
מים, כמו כל נוזל, מצייתים לחוקים הידראוליים. הוא כמעט ואינו נדחס, ולכן יש לו את היכולת להעביר לחץ המופעל עליו לכל הכיוונים באותו כוח. אם מספר כלים בצורות שונות מחוברים זה לזה, אז מפלס המים יהיה זהה בכל מקום (חוק הכלים המתקשרים).
מידע קשור.
