tổng hợp các bài tiểu luận từ trang 111 164

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ

TỔNG HỢP CÁC BÀI TIỂU LUẬN
Từ trang 111-164


Số trang: 111-113

CHƯƠNG 3
CÁC ĐẶT TÍNH CỦA CHẤT TINH KHIẾT.

Chúng tôi bắt đầu chương này với việc giới thiệu các khái niệm của một vật lý của quá trình
thay đổi pha. Chúng tôi sau đó minh hoạ chất tinh khiết và một cuộc thảo luận của các cô đặc
các sơ đồ tài sản khác nhau và PVT bề mặt của các chất tinh khiết. Sau khi chứng minh việc
sử dụng của tài sản bàn, chất giả thuyết khí lý tưởng và lý tưởng khí phương trình trạng thái
được thảo luận. Các yếu tố nén, chiếm độ lệch của khí thật lý tưởng-ga hành vi, được giới
thiệu, và một số các phương trình nổi tiếng nhất của nhà nước như van der Waals, BeattieBridgeman, và Benedict-Webb-Rubin phương trình trình bày.
Mục tiêu Các mục tiêu của chương 3 là:.
• Giới thiệu các khái niệm của một chất tinh khiết
• Thảo luận về vật lý của quá trình thay đổi pha.
• Minh họa sơ đồ tài sản Pv, Tv, và PT và PVT bề mặt của các chất tinh khiết.
• Thể hiện các thủ tục để xác định tính chất nhiệt của các chất tinh khiết từ các bảng dữ liệu
tài sản.
• Mô tả các chất giả thuyết "khí lý tưởng" và cácphương trình lý tưởng-khí của nhà nước.
• Áp dụng các phương trình lý tưởng-khí của nhà nước trong việc giải quyết các vấn đề điển
hình.
• Giới thiệu các yếu tố nén, chiếm các độ lệch của khí thực từ hành vi lý tưởng-gas.
• Hiện nay một số của các phương trình nổi tiếng nhất của nhà nước.

3-1 . CHẤT NGUYÊN CHẤT
Một chất có thành phần hóa học cố định trong suốt được gọi là tinh khiết chất. Nước, nitơ,
helium, và carbon dioxide, ví dụ, là tất cả các chất tinh khiết. Một chất tinh khiết không phải
là của một nguyên tố hóa đơn hoặc hợp chất, tuy nhiên. Một hỗn hợp của các yếu tố hóa học
và các hợp chất khác nhau cũng đủ điều kiện như là một chất tinh khiết miễn là hỗn hợp đồng
nhất. Air, ví dụ, là một hỗn hợp của nhiều chất khí, nhưng nó thường được coi là một chất
tinh khiết bởi vì nó có một chất hóa học đồng phục thành phần (Hình. 3-1). Tuy nhiên, một
hỗn hợp của dầu và nước không phải là chất tinh khiết. Vì dầu là không hòa tan trong nước,
nó sẽ thu thập trên đầu trang của các nước, tạo thành hai khu vực khác nhau về mặt hóa
học. Hỗn hợp A của hai hay nhiều giai đoạn của một chất tinh khiết vẫn là một chất tinh khiết
miễn là các thành phần hóa học của tất cả các giai đoạn là giống nhau (Hình. 3-2). Một hỗn
hợp của đá và nước lỏng, ví dụ, là một chất tinh khiết vì cả hai giai đoạn có các thành phần


hóa học tương tự. Một hỗn hợp của không khí lỏng và không khí, khí, tuy nhiên, không phải
là chất tinh khiết từ các thành phần của không khí hóa lỏng là khác nhau từ các thành phần
của không khí, khí, và do đó hỗn hợp không còn đồng nhất về mặt hóa học. Điều này là
do các thành phần khác nhau trong không khí ngưng tụ ở nhiệt độ khác nhau tại một áp lực
nhất định.

3-2 . GIAI ĐOẠN CỦA MỘT CHẤT NGUYÊN CHẤT
Chúng ta đều biết từ kinh nghiệm rằng những chất tồn tại trong các giai đoạn khác
nhau. Tại nhiệt độ phòng và áp suất, đồng là chất rắn, thủy ngân là một chất lỏng, và nitơ là
một chất khí. Dưới những điều kiện khác nhau, mỗi có thể xuất hiện trong một khác
nhau pha. Mặc dù có ba giai đoạn chính-rắn, lỏng và khí-một chất có thể có một vài giai đoạn
trong một giai đoạn chính, mỗi với một cấu trúc phân tử khác nhau. Carbon, ví dụ, có thể tồn
tại nhưthan chì hoặc kim cương trong chất rắn. Helium có hai pha lỏng; sắt có ba giai đoạn
rắn. Ice có thể tồn tại bảy giai đoạn khác nhau ở áp suất cao. Một giai đoạn được xác định là
có một sự sắp xếp phân tử riêng biệt mà là đồng nhất trong suốt và tách biệt nhau bởi các bề
mặt ranh giới dễ nhận biết. Hai giai đoạn của H2O trong nước đá đại diện cho một ví dụ tốt

về điều này. Khi nghiên cứu giai đoạn hoặc pha của nhiệt động lực học, người ta không cần
phải quan tâm đến cấu trúc phân tử và hành vi khác nhau giai đoạn. Tuy nhiên, nó rất hữu ích
để có một số hiểu biết về các hiện tượng phân tử liên quan trong từng giai đoạn, và một cuộc
thảo luận ngắn gọn về giai đoạn chuyển đổi sau. Trái phiếu giữa các phân tử là mạnh nhất
trong các chất rắn và yếu nhất trong các chất khí. Một lý do là những phân tử trong chất rắn
được đóng gói chặt chẽ với nhau, trong khi đó các loại khí chúng được ngăn cách bởi khoảng
cách tương đối lớn. Các phân tử trong chất rắn được sắp xếp trong một mô hình ba chiều
(mạng) được lặp đi lặp lại trong suốt (Hình 3-3). . Bởi vì khoảng cách nhỏ giữa các phân tử
trong chất rắn, các lực hấp dẫn của các phân tử trên mỗi khác là rất lớn và giữ các phân tử ở
vị trí cố định (Hình 3-4).. Lưu ý rằng lực hút giữa các phân tử chuyển sang lực đẩy là khoảng
cách giữa các phân tử tiếp cận zero, do đó ngăn ngừa các phân tử từ chất đống trên đầu trang
của mỗi khác. Mặc dù các phân tử trong một chất rắn không thể di chuyển tương đối với
nhau, họ liên tục dao động vềvị trí cân bằng của họ. Vận tốc của các phân tử trong những dao
động phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ đủ cao, các vận tốc (và do đó đà) của các phân tử có
thể đạt đến một điểm nơi mà các lực lượng giữa các phân tử được khắc phục một phần và
nhóm của các phân tử phá vỡ đi (Hình. 3-5).Đây là sự khởi đầu của quá trình nóng
chảy. Khoảng cách giữa các phân tử trong pha lỏng là không có nhiều khác biệt so với các
pha rắn, trừ các phân tử không còn ở vị trí cố định tương đối với nhau và họ có thể xoay và
dịch tự do. Trong một chất lỏng, các lực giữa các yếu hơn so với các chất rắn, nhưng vẫn còn
tương đối mạnh so với các loại khí. Khoảng cách giữa các phân tử thường trải qua một sự gia
tăng nhẹ như một chất rắn hóa lỏng, với nước là một đáng chú ý là ngoại lệ. Trong giai đoạn
khí, các phân tử ở xa nhau từ mỗi khác, và một trật tự phân tử là không tồn tại. Các phân tử
khí chuyển về một cách ngẫu nhiên, liên tục va chạm với nhau và các bức tường của các
container họ đang ở. Riêng ở mật độ thấp, các lực lượng giữa các phân tử rất nhỏ, và va chạm
là chế độ duy nhất của sự tương tác giữa các phân tử. Các phân tử trong pha khí đang ở mức
năng lượng cao hơn đáng kể hơn so với họ là trong pha lỏng hoặc rắn. Do đó, các khí phải
phát hành một số lượng lớn của năng lượng trước khi nó có thể ngưng tụ hoặc đóng băng.


3-3 . TIẾN TRÌNH GIAI ĐOẠN THAY ĐỔI CHẤT TINH KHIẾT

Có rất nhiều tình huống thực tế mà hai giai đoạn của một chất tinh khiết cùng tồn tại trong
trạng thái cân bằng. Nước tồn tại như là một hỗn hợp của chất lỏng và hơi trong nồi hơi và
bình ngưng của một nhà máy điện hơi nước. Các chất làm lạnh chuyển từ dạng lỏng thành
hơi trong tủ đông lạnh của tủ lạnh. Mặc dù nhiều nhà chủ sở hữu xem xét sự đóng băng của
nước trong ống ngầm là nhất.


Số trang: 114-116

113)…quá trình pha thay đổi, chú ý, trong phần ta này

Giai
đoạn 1

tập trung vào dạng hơi ẩm và hỗn hợp của chúng. Rất
quen thuộc, nước được sử dụng để chứng minh các
nguyên tắc cơ bản có liên quan. Tuy nhiên, hãy nhớ rằng,
tất cả các chất tinh khiết đều có tính đồng nhất như nhau.

Nhiệt
Hình 3-6. Ở 1 atm và 200C nước
tồn tại ở thể lỏng.

Trạng thái lỏng chưa sôi và lỏng sôi
Khảo sát một thiết bị piston xi-lanh có chứa nước
lỏng ở 20° C và áp suất 1 atm (trạng thái 1, hình. 3-6).
Dưới những điều kiện này, nước tồn tại ở dạng lỏng và

Giai
đoạn 2

nó được gọi là trạng thái lỏng chưa sôi, hoặc một chất
lỏng quá lạnh, điều đó nghĩa là nó không thể bốc hơi.
Sau đó nhiệt được cấp thêm vào nước cho đến khi nhiệt
độ của nó tăng lên đến 400C. Khi nhiệt độ tăng lên, thể
Nhiệt

tích nước cũng tăng theo một lượng nhỏ và do đó khối
lượng của nó tăng lên. Sự giãn nở này làm piston di

Hình 3-7. Ở 1 atm và 1000C nước
tồn tại ở thể lỏng.và chuẩn bị
bốc hơi

chuyển lên trên. Áp suất trong xi lanh vẫn không đổi ở
mức 1 atm trong quá trình này vì nó phụ thuộc vào áp
suất không khí bên ngoài và trọng lượng của piston, cả
hai đều là hằng số. Nước vẫn là một chất lỏng nén tại
giai đoạn này và chưa bắt đầu bốc hơi.

Giai
đoạn 3

Tiếp tục cung cấp nhiệt cho đến khi nó đạt đến
100°C (giai đoạn 2, hình. 3-7). Tại thời điểm này nước
vẫn là một chất lỏng, nhưng bất kỳ sự gia tăng thêm
nhiệt nào cũng sẽ là nguyên nhân gây ra sự bốc hơi.
Nhiệt

Hình 3-8. Khi gia nhiệt nhiều hơn,

một phần chất lỏng bốc hơi

Đây là một giai đoạn chuẩn bị cho quá trình thay đổi từ
dạng lỏng thành hơi. Một chất lỏng bốc hơi được gọi là
lỏng sôi. Do đó, giai đoạn 2 là một giai đoạn lỏng sôi.


Trạng thái hơi bão hòa khô và hơi quá nhiệt
Khi chất lỏng bắt đầu sôi, nhiệt độ ngừng tăng lên cho đến khi chất lỏng được
hoàn toàn bốc hơi. Nghĩa là, nhiệt độ sẽ giữ nguyên trong suốt quá trình thay đổi pha
nếu áp suất được không đổi. Điều này có thể dễ dàng được xác định bằng cách đặt một
nhiệt kế vào nước tinh khiết đun sôi trên bếp. Ở mực nước biển (P= 1 atm), nhiệt kế sẽ
luôn luôn chỉ 100 °C (nếu bình đun không được che đậy hoặc che đậy bằng bằng một
nắp rất nhẹ). Trong một quá trình đun sôi, sự thay đổi duy nhất chúng ta sẽ quan sát là
sự gia tăng lớn trong khối lượng và một giảm đều đặn trong các mức chất lỏng, đó là
kết quả của một lượng chất lỏng đã bị bốc hơi.
Giai đoạn giữa của quá trình bốc hơi (giai đoạn, hình. 3-8), các xi lanh chứa
một lượng chất lỏng và hơi bằng nhau. Khi chúng ta tiếp tục truyển nhiệt,quá trình bay
hơi tiếp tục cho đến giọt lỏng cuối cùng biến thành hơi (giai đoạn 4, hình. 3-9). Tại
thời điểm này, toàn bộ xi lanh được làm đầy với hơi . Bất kỳ sự tổn thất nhiệt nào của
hơi nước lúc này sẽ làm hơi ngưng tụ lại (giai đoạn thay đổi từ thể hơi sang thể lỏng).
Hơi nước ngưng tụ được gọi là hơi bão hòa. Do đó, giai đoạn 4 là một trạng
thái hơi bão hòa. Một chất ở trạng thái giữa 2 và 4 được gọi là hơi bão hòa ẩm và hơi
cùng tồn tại trong trạng thái cân bằng tại giai đoạn này.
Một khi quá trình thay đổi pha được hoàn thành, chúng ta trở lại với vùng giai
đoạn đơn (lúc bốc hơi) và kết quả của việc gia tăng nhiệt độ là sự gia tăng cả về nhiệt
độ và thể tích (Hình. 3-10).Tại giai đoạn 5, nhiệt độ của hơi là 300 °C; và nếu chúng
ta chuyển một số nhiệt từ hơi, nhiệt độ có thể giảm xuống một chút nhưng quá trình
ngưng tụ sẽ không diễn ra và miễn là nhiệt độ vẫn trên 100 ° C (cho P=1 atm). Một
loại hơi mà không ngưng tụ (tức là, không phải là hơi bão hòa khô) được gọi là hơi

quá nhiệt. Do đó, nước ở trạng thái 5 là một hơi quá nhiệt. Quá trình thay đổi pha
không đổi áp lực này được minh họa trên một sơ đồ T-v trong hình. 3-11.


Nếu toàn bộ quá trình được mô tả ở đây là đảo

Giai
đoạn 4

ngược bằng cách làm nguội trong khi nước duy trì áp
lực tại các giá trị như nhau, nước sẽ trở về giai đoạn 1
cùng một cách thức, và khi làm như vậy, lượng nhiệt
phát ra sẽ chính xác bằng với lượng nhiệt bổ sung
trong suốt quá trình làm nóng.
Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, khi
nói tới nước tức là nước lỏng và hơi nước là nói đến

Nhiệt
Hình 3-9. ở áp suất 1atm, nhiệt độ
vẫn giữ ở 1000C cho tới khi chất
lỏng bốc hơi hết

nước ở thể hơi. Tuy nhiên, trong nhiệt động lực học,
cả hai nước và hơi nước chỉ là một thứ duy nhất: H2O.

Nhiệt độ bão hòa và độ bão hòa áp suất

Giai
đoạn 5

Một điều hoàn toàn bình thường đối với chúng ta
đó là, nước bắt đầu sôi ở 100 ° C. Nhưng thật sư, việc
khẳng định "nước sôi ở 100 ° C" là không chính xác.
Khẳng định chính xác phải là "nước sôi ở 100 ° C ở áp
suất 1 atm." Lý do duy nhất khiến nước bắt đầu sôi ở
100 ° C là vì nước có tổ chức hằng số áp lực 1 atm
(101,325 kPa). Nếu áp suất bên trong xi lanh đã được
nâng lên 500kPa bằng cách thêm trọng lượng trên đầu
trang của các piston, nước sẽ bắt đầu sôi ở151,8 ° C.
Điều này có nghĩa là nhiệt độ mà tại đó nước bắt đầu sôi
phụ thuộc vào áp suất; Vì vậy,
nếu áp suất được cố định, thì gọi
là nhiệt độ sôi.
Tại một áp suất cho trước,
nhiệt độ mà tại đó làm chuyển
pha của một chất tinh khiết được
gọi là nhiệt độ bão hòa Tsat.
Tương tự như vậy, ở một nhiệt

Nhiệt

Hình 3-10. Tiếp tục cung cấp nhiệt,
nhiệt độ hơi nước bắt đầu tăng ( quá
nhiệt)


độ nhất định, áp suất mà tại đó làm chuyển pha của một chất tinh khiết được gọi là áp
suất bão hòa Psat. Ở áp suất 101,325 kPa, T sat là 99,97 ° C.Ngược lại, ở nhiệt độ 99,97 °
C, Psat là 101,325 kPa. (Tại 100.00 °C, Psat là 101,42 kPa trong ITS-90 đã nói đến ở
Chương 1).

Bảng bão hòa là danh sách áp suất bão hòa tỉ lệ nghịch với nhiệt độ (hoặc nhiệt
độ bão hòa nghịch lại với áp lực) thì đúng cho tất cả các chất thông thường. Đối với
nước, các thông số được cho trong bảng 3-1. Bảng này chỉ ra rằng áp lực trong quá
trình nước thay đổi pha (đun sôi hoặc ngưng tụ) ở 25 ° C phải là 3.17 kPa, và áp lực
của nước phải được duy trì ở mức 3976 kPa (khoảng 40 atm) để nước sôi ở 250 ° C.
Ngoài ra, nước có thể được làm lạnh bằng cách hạ áp lực của nó dưới 0,61 kPa.
Phải mất một lượng lớn năng lượng để làm tan chảy một chất rắn hoặc làm bốc
hơi một chất lỏng. Các lượng năng lượng hấp thụ hoặc phát ra trong một quá trình
thay đổi pha là gọi là nhiệt ẩn. Cụ thể hơn, lượng năng lượng hấp thụ trong quá trình
nóng chảy gọi là nhiệt ẩn của phản ứng tổng hợp và tương đương với lượng năng
lượng giải phóng trong quá trình đóng băng. Tương tự như vậy, lượng năng lượng hấp
thụ trong quá trình bay hơi được gọi là nhiệt ẩn của sự bay hơi và tương đương với
năng lượng giải phóng trong quá trình ngưng tụ. Độ lớn của sự nóng tiềm ẩn phụ
thuộc vào nhiệt độ hoặc áp suất mà tại đó sự chuyển pha xảy ra. Tại áp suất1 atm,
nhiệt ẩn của sự hợp nhất của nước là 333,7kJ / kg và nhiệt ẩn của sự bay hơi là 2256,5
kJ / kg.
Trong suốt quá trình thay đổi pha, áp suất và nhiệt độ là rõ ràng tính phụ thuộc,
và có một mối liên hệ chặc chẽ với nhau, đó là,T sat = f (Psat). Một mặt khác của Tsat đối
với Psat, một ví dụ với nước trong hình 3-12, được gọi là một đường cong bão hòa
lỏng-hơi. Đường cong này là đặc trưng của tất cả các chất tinh khiết.
Chúng ta có thể thấy rõ từ hình. 3-12 rằng T sat tăng cùng với Psat. Như vậy, một
chất ở áp suất cao hơn sẽ sôi ở nhiệt độ cao hơn. Ví dụ, trong nhà bếp, nếu nhiệt độ
sôi cao hơn nghĩa là thời gian nấu ngắn hơn và tiết kiệm năng lượng. Với món thịt bò
hầm, có thể mất 1-2 h để nấu ăn trong một chảo thông thường ở áp suất 1 atm, nhưng


chỉ có 20 phút trong một nồi áp suất hoạt động ở 3 atm (nhiệt độ sôi tương ứng:
134°C).
Với ảnh hưởng của áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi của nước giảm dần theo độ
cao. Do đó, phải mất nhiều thời gian để nấu ăn ở độ cao cao hơn so với mực nước

biển (trừ khi chúng ta sử dụng nồi áp suất). Ví dụ, áp suất khí quyển chuẩn ở độ cao
2000 m là 79.50kPa, tương ứng với nhiệt độ sôi của nước là 93,3 ° C, mà không phải
là 100 ° C khi ở mực nước biển (độ cao bằng 0). Sự biến thiên của nhiệt độ sôi nước
với độ cao ở điều kiện khí quyển chuẩn được đưa ra trong Bảng 3-2. Mỗi khi 1.000 m
so với mực nước, nhiệt độ …(trang117).


Họ và tên: (không có thông tin)
Số trang: 117-119


Số trang: 120-122
Đã xảy ra. Phía trên quan trọng, không có đường phân cách
Khu vực lỏng nén và vùng hơi quá nhiệt. Tuy nhiên, nó là
phong tục để tham khảo các chất như quá nhiệt hơi ở nhiệtđộ
cao hơn nhiệt độ quan trọng và như chất lỏng nén ở nhiệt độ
dưới nhiệt độ tới hạn.
Các trạng thái lỏng bão hòa trong hình. 3-16 có thể được nối với nhau bằ ng một
dây chuyền gọi Dòng bão hòa chất lỏng, và tiểu bang hơi bão hòa ở cùng một
con số có thể được nối với nhau bằng một dòng khác, gọi là đường hơi bão hòa.
hai
đường gặp nhau tại các thời điểm quan trọng, tạo thành một mái vòm như hình.
3-18. Toàn bộ các trạng thái lỏng nén được đặt tại khu vực bên trái của sự bão
hòa
đánh giá dòng chất lỏng, được gọi là khu vực lỏng nén. Tất cả các quá nhiệt
trạng thái hơi được đặt ở bên phải của dòng hơi bão hòa, được gọi là
quá nhiệt vùng hơi. Trong hai khu vực này, các chất tồn tại trong một
giai đoạn duy nhất, một chất lỏng hoặc hơi nước.
Tấtcảcácquốcgiacóliênquanđếncảhaigiaiđoạntrong
trạng thái cân bằng được đặt dưới mái vòm, được gọi là bão hòa lỏng-hơikhu

vực hỗn hợp, hoặc các khu vực ẩm ướt.

2. giảng đồ
Các hình dạng chung của sơ đồ P-v của một chất tinh khiết là rất nhiều như T-v


Sơ đồ, nhưng T = dòng lien tục trên sơ đồ này có một xu hướng xuống phường,
như đượ chiển thị
Trong hình. 3-19. Hãy xem xét lại một thiết bị piston xi-lanh có chứa nước lỏng
ở
1MPa và 150 ° C. Nước ở trạng thái này tồn tại như một chất lỏng nén. Bây giờ
trọng lượng trên đầu trang của các piston được loại bỏ từng cái một để áp lực
bent rong xi lanh giảm dần (Hình. 3-20). Các nước được phép
nhiệt trao đổi với môi trường xung quanh nên nhiệt độ của nó vẫn không đổi.
áp lực giảm, khối lượng của nước tăng nhẹ. Khi
áp suất đạt đến giá trị bão hòa áp suất ở nhiệt độ quy định
(0,4762MPa), nước bắt đầu sôi. Trong quá trình bay hơi này,
cả nhiệt độ và áp suất không thay đổi, nhưng nguyện cụ thể
tăng. Một khi giọt cuối cùng của chất lỏng bay hơi, tiếp tục giảm
kết quả áp lực trong việc tăng them về khối lượng cụ thể. Chú ý rằng trong suốt
quá trình thay đổi pha, chúng tôi đã không loại bỏ bấ kỳ trọng lượng. Làm như
vậy sẽ gây áp lực và do đó nhiệt độ giảm xuống [từ T = f (pasr)], và các
quá trình sẽ không còn là đẳng nhiệt. Khi quá trình này được lặp lại cho khác
nhiệt độ, đường dẫn tương tự là
thu được cho các quá trình thay đổi pha. Kết nối lỏng bão hòa
và các nước hơi bão hòa bởi một đường cong, chúng ta có được sơ đồ P-v
củamộtchất tinh khiết, như thể hiện trong hình. 3-19


Mở rộng sơ đồ để Bao gồm

Giai đoạn rắn
Hai sơ đồ trạng thái cân bằng được phát triển cho đến nay đại diện cho trạng
thái cân bằng
bang liên quan đến chất lỏng và pha hơi chỉ. Tuy nhiên, các dia-gram dễ dàng
có thể được mở rộng để bao gồm các pha rắn cũng như các
rắn-lỏng và các vùng bão hòa rắn hơi. Các nguyên tắc cơ bản dis-rủa kết hợp
với quá trình thay đổi pha lỏng-hơi áp dụng
như nhau đối với các chất rắn và quá trình thay đổi pha rắn hơi. Phần lớn
hợp đồng chất trong một kiên cố (ví dụ, đông lạnh) quá trình. Khác,
như nước, mở rộng khi họ đóng băng. P-vdiagrams cho cả hai nhóm tiểu
Stances được đưa ra trong Figs. 3-21 và 3-22. Hai sơ đồ chỉ khác nhau
độ bão hòa khu vực rắn-lỏng. Các biểu đồ T-v trông rất giống
Sơ đồ Pv, đặc biệt là cho các chất đó hợp đồng đóng băng.
Thực tế là nước mở rộng khi đóng băng có những hậu quả quan trọng trong
Thiên nhiên. Nếu nước ký hợp đồng về đóng băng như hầu hết các chất khác
làm, băng
hình thành sẽ nặng hơn so với các nước ở dạng lỏng, và nó sẽ lắng xuống
đáy sông, hồ, và đại dương thay vì ở trên cùng. Của mặt trời


Số trang: 122-124

Điểm tới hạn

Thể hơi

lỏng
Thể rắn +Thể
thể lỏng
Thể rắn

Thể lỏng + thể
hơi
Đường ba
Thể rắn + thể hơi

Hình 3 – 21: Đồ thị P – v của một chất tinh khiết co lại trong băng lạnh
Độ bão hòa khu rắn lỏng. Các biểu đồ T-v trông rất giống Sơ đồ P-v , đặc biệt là cho
các chất đó đóng băng lại. Thực tế là nước mở rộng khi đóng băng, có những hậu quả
quan trọng trong thiên nhiên. Nếu nước co lại khi đóng băng như hầu hết các chất
khác, băng hình thành sẽ nặng hơn so với nước ở dạng lỏng, và nó sẽ lắng xuống đáy
sông, hồ, và đáy đại dương thay vì ở trên. Các tia sáng mặt trời sẽ không bao giờ tiếp
cận những lớp băng và dưới đáy của nhiều con sông, hồ, đại dương và có lúc sẽ được
bao phủ trong băng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống biển, chúng ta đều
quen thuộc với hai giai đoạn ở trạng thái cân bằng , nhưng theo một số điều kiện thì
tất cả ba giai đoạn của một chất tinh khiết cùng tồn tại trong trạng thái cân bằng .
( hình 3-23 )


Điểm tới hạn

Thể lỏng
Thể rắn + thể lỏng

Thể hơi
Thể lỏng + thể hơi

Thể rắn

Đường ba

Thể rắn + thể hơi

Hình 3 – 21: Đồ thị P – v của một chất tinh khiết giãn ra trong băng lạnh (như nước)
Thể hơi

Trên sơ đồ P-v và T-v , những trạng thái ba pha tạo thành một
dòng gọi là dòng ba. Các trạng thái trên dòng ba của một chất có
Thể lỏng
cùng áp lực và nhiệt độ nhưng khối lượng cụ thể khác nhau.
Dòng ba xuất hiện như là một điểm trên sơ đồ PT và do đó
Thể rắn
thường được gọi là điểm ba, nhiệt độ điểm ba và áp lực của các
chất khác nhau được cho trong bảng 3.3. Đối với
Hình 3-23: Áp suất và nhiệt độ tại
nước, nhiệt độ triple-point và áp suất là 0,01 ° C và
điểm ba, một chất tồn tại ở ba giai
0,6117 kPa tương ứng. Đó là, tất cả ba giai đoạn của
đoạn trong trạng thái cân bằng
cùng tồn tại nước ở trạng thái cân bằng nếu như nhiệt
độ và áp suất chính xác những giá trị này . Không có
chất nào có thể tồn tại trong giai đoạn lỏng ở ổn định trạng thái cân bằng với áp suất
dưới áp lực triple-point. Điều tương tự cũng có thể nói cho nhiệt độ cho chất đóng
băng co lại.
Tuy nhiên, các chất ở áp suất cao có thể tồn tại dạng pha lỏng ở nhiệt độ thấp
hơn nhiệt độ của điểm ba. Ví dụ, nước không thể tồn tại ở dạng lỏng trong trạng thái


cân bằng tại áp suất khí quyển và ở nhiệt độ dưới 0 oC, nhưng nó có thể tồn tại như
một chất lỏng ở-20oC tại áp suất 200MPa. Ngoài ra, băng tồn tại bảy pha rắn khác
nhau ở áp suất trên 100MPa.

Có hai cách để một chất có thể chuyển từ pha rắn thành pha hơi: hoặc đầu tiên nó
tan chảy thành chất lỏng và sau đó bay hơi, hoặc nó bay hơi trực tiếp mà không tan
chảy đầu tiên. Sau này xảy ra tại áp suất thấp hơn giá trị điểm ba, kể từ khi một chất
tinh khiết không thể tồn tại dạng pha lỏng ở những áp lực đó (Hình 3-24). Đi trực tiếp
từ pha rắn vào giai đoạn bay hơi được gọi là
thăng hoa. Đối với các chất rằng có một áp lực
Thể hơi

điểm ba bên trên áp suất khí quyển như CO 2
rắn (đá khô), thăng hoa là cách duy nhất để
thay đổi từ rắn để pha hơi ở điều kiện khí
quyển.

Thể rắn

3. SƠ ĐỒ P-T

Hình 3-25 cho thấy sơ đồ PT của một chất tinh
khiết. Sơ đồ này là thường được gọi là biểu đồ
pha vì cả ba giai đoạn được tách ra từ nhau bởi ba dòng. Các dòng thăng hoa tách rắn
Hình 3-24: và
Ở vùng
áp suất
(giá bay hơi tách các vùng lỏng và hơi, và các nóng chảy (hoặc
hơi,thấp
các đường
trị dưới điểm
ba),
chấtdòng
rắnchia

baytách các vùng rắn và lỏng, ba đường gặp nhau tại điểm ba, nơi
nhiệt
hạch)
hơi đầu tiênmà
(thăng
tất cảhoa)
ba giai đoạn cùng tồn tại trong trạng thái cân bằng. Dòng bay hơi kết thúc tại
điểm quan trọng bởi vì không có sự phân biệt có thể thực hiện giữa giai đoạn lỏng và
hơi trên điểm quan trọng. Các chất làm mở rộng và đóng băng co lại chỉ khác nhau
trong dòng nóng chảy trên sơ đồ P-T.


Hình 3-25. Sơ đồ P-T của các chất tinh khiết.




Đc xem như là những giá trị độc lập và P như 1 giá trị phụ thuộc.

Số trang:125-127

độc lập biến (cơ sở) và P như là phụ thuộc vào biến (chiều cao).
Tất cả các điểm trên bề mặt đại diện cho pha cân bằng. Tất cả pha dọc theo
đường
Hoặc, dẫn của một quasi-cân bằng quá trình nằm trên bề mặt v pham kể từ đó một
quá trình phải đi qua kỳ cân bằng. Các khu vực một pha
H=U+PV
(kJ)
xuất
hiện

dưới dạng các bề mặt cong trên mặt v Pham, và các vùng hai pha
như bề mặt vuông góc với mặt phẳng P-T. Đây dự kiến kể từ khi các hình chiếu của các khu vực 2 pha
Entanpy
trạng
thái
động của hệ) tổng (H) và entanpy chính
trên
mặt(hàm
phẳng
P-T
là nhiệt
dòng.
Chương 3
xác cả
(h) các
đơn giản
đều
thểchiều,
hiện nhiệt
động
tùy
theo
trường
hợp.
lưu
ý rằng
Tất
sơ đồ
hai
chúng

tôi
đã
thảo
luận
cho
đến
nay
là
chỉ
bề mặt
Trạng thái
của
1 khối chất chịu nén đơn giản là sự kết hợpđơn
cảu thuần
2 phần là dự của
Chương
3 này
125 ba
động
học
nhữngvào
phương
trìnhchiếc
nêuNhiệt
trên
đồng
nhất.
điều
đó có
chiều

những
mặtlà
phẳng
thích
hợp.
P vnghĩa là, đơn vị
riêng biệt có thuộc tính mạnh. Một trong 2 thuộc tính thích hợp được
Sơ
chỉ– là
một
hình
bề mặt
v Pham
chiếc
củađồ
áplà
suất
khối
lượng
củachiếu
vật cócủa
thể khác
với đơn
vị củatrên
nội năng
bởimặt phẳng P-v, và T v
kết hợp với nhau, tất cả các thuộc tính còn lại trở nên phụ thuộc lẫn
Sơ
đồ
là

gì
khác
hơn
là
xem
mắt
của
bề
mặt
này.
P-v-T
chỉ một yếu tố (Hình 3-29). Ví dụ,ta có thể dễ dàng nhận thấy rằng 1 kPa •
nhau.
nhớ 1tin
vài phương
trình
vớinhưng
2 giá trịở độc
trong công thức
bề
trình
bày
rấttrường
nhiềuGhi
thông
một
mộtlập
nhiệt
m3mặt
= 1 kJ.

Trong
nhiều
hợp
thực tế,cùng
nội năng
u lúc,
có thể
không được
z=z(x,
y)
biểu
diễn
1
bề
mặt
trong
không
gian,
chúng
ta
thể biểu diễn
phân
nó là nó
thuận
tiện
hơn
việc với
sơu=h-Pv.
đồ hai chiều, như có
vậy

liệt kêtích
ra, nhưng
có thể
được
suyđể
ra làm
từ phương
trình
trạng thái P- V-T của vật chịu nén như 1 bề mặt trong không gian và đc
như sơ đồ pham và T-v.
trình
bày ởentanpy
Figs 3-26,
3-27.
3-5
THUỘC
TÍNH
ứng■BẢNG
dụng phổ
biến nhất
đặc tính
là do
Giáo sư Richard Mollier,
Đối
với
hầu
hết
chất,
các
mối

quan
hệ
giữa
cácviệc
tínhphân
chấttích
nhiệt
người đã nhận ra tầm quan trọng của tổng u+Pv trong
tua- là
quá
phức
tạp
để
được
thể
hiện
bởi
phương
trình
đơn
giản.
Vì
bin hơi nước và những đặc tính của hơi nước dưới dạng bảng hoặc đồ vậy, tài sản là
thường xuyên biểu diễn bằng dạng bảng. Một số thuộc tính nhiệt
họa (như trong Biểu đồ Mollier). Mollier gọi tổng u+Pv là nhiệt hàm và
có thể đo được một cách dễ dàng, nhưng những người khác không thể
được
Hìnhvà
3-29:
Áp tính

suất xtoán bằng cách sử
hàm lượng nhiệt. Những thuật ngữ này tương đối phù hợp với các thuật
dụng các
khối lượng => đơn vị
ngữ của nhiệt động lực học hiện đại và được thay thế bởi thuật ngữ
quan hệ giữa họ và đo lường tính chất. Kết quả của các phép đo và tính toán được trình bày trong bảng
entanpy
trong
những
năm
1930tiện.
(xuất Ở
phát từ tiếng Hy Lạp enthalpien có
trong
một
định
dạng
thuận
nghĩa
là sức
nóng).
Các
cuộc
thảo
luận sau, hơi nước bảng được sử dụng để chứng minh việc sử dụng
thuộc tính nhiệt bảng. Thuộc tính bảng của các chất khác được sử dụng
1a Trạng
tháitương
Bão hòa
trong

cách
tự.chất lỏng và Bảo hòa hơi nước
Cho mỗi chất, các tính chất nhiệt được liệt kê trong hơn
Các đặc tính của bão hòa chất lỏng và bão hòa dạng hơi đối với nước
một bảng. Trong thực tế, một bảng riêng biệt chuẩn bị cho mỗi khu vực quan tâm
được liệt kê trong Bảng A-4 và A-5. Hai Bảng này cho ta những thông tin
chẳng hạn như thì hơi, chất lỏng nén và bão hòa (hỗn hợp)
giống
nhau.
Điều khác
duyđược
nhất đưa
là Bảng
tínhphụ
bằnglục
đơn
nhiệt
khu
vực.
Thuộc
tính biệt
bảng
ra A-4
trong
cảvịSI
và độ
tiếng Anh
P-V-T bề mặt của 1 vật
còn Bảng
A-5bảng

tính bằng
đơntiếng
vị áp Anh
suất. đơn
Vì thế,
sẽ dùng
A-4 khicác bảng tương ứng trong SI, theo sau là
đơn
vị. Các
trong
vị ta
thực
hiệnBảng
số lượng
chịu nén…trong sự đông
nhiệtđịnh
độ được
cho
và dùng
Bảng
A-5 khi
áp suất
một
danh
E.sẵn
Bảng
A-6 và
chiếc
A-6E
chođược cho sẵn.Việc sử

đặc
dụng
A-4
đượctài
minh
Hình 3-30.
Ví
dụ,Bảng
danh
sách
sảnhọa
thìtrong
hơi nước,
trước đây trong SI và các
sau này trong các đơn vị Anh. Trước khi chúng tôi nhận được vào các cuộc thảo luận bảng thuộc tính,
Hình 3-30: Trích
Chỉ số dưới
f được
dùng
đểtài
biểu
thị mới
các đặc
tínhgọi
củalàmột
chất lỏng bị bão
chúng
tôi xác
định
một

sản
được
enthalpy.
Bảng A-4
hòa, và chỉ—
sốmột
dướitài
G được
dùnghợp
để biểu thị các đặc tính của bão hòa
Enthalpy
sản kết
dạngngười
hơi. Những
hiệu
nàybảng
đượcsẽ
sử thông
dụng phổ
biến
lực
Một
nhìn kí
vào
các
báo
haitrong
mớinhiệt
tính:động
enthalpy

s.học
h và
dữnguồn
liệu ngẫu
các Một
dữ liệu
ngẫu
là một
tài sản gắn liền với định luật hai
và có
gốc từnhiên
tiếng Đức.
chỉ số
khác nhiên
cũng được
sử dụng
nhiệt
động
lực
học,
và
chúng
tôi
sẽ
không
sử
dụng
nó
cho
đến khi nó đúng định nghĩa trong Chap.

phổ biến là fg, dùng để biể thị sự khách nhau giữa những giá trị của trạng
7.
Tuy
nhiên,
làlỏng
thích
để giới
thiệu
enthalpy
tạichất.
thờiVíđiểm
thái
bão
hòa ở nó
dạng
và hợp
bão hòa
ở dạng
hơi của
cùng một
dụ: này.
Trong phân tích của một số loại quy trình, đặc biệt là trong máy phát điện và điện lạnh (hình 3-28),
chúng
thường
xuyên
gặphòa
phải
sự kết hợp
Vf= khốitôi
lượng

ở trạng
thái bão
lỏng
thuộc tính u Pv. Vì lợi ích của sự đơn giản và thuận tiện, sự kết hợp này được định nghĩa là một tài sản
Vg= khối
lượng ởvà
trạng
thái bão
hòa lỏng
mới,
enthalpy,
h: biểu
tượng
h u Pv¬¬1kJ > kg2 (3-1).
Vfg= chênh lệnh giữa Vf và Vg (Vfg= Vf - Vg)

hfg được gọi là nhiệt bay hơi (hoặc nhiệt ẩn bay hơi). Nó đại diện cho
lượng năng lượng cần thiết để làm bốc hơi một đơn vị khối lượng chất
lỏng bão hoà ở một nhiệt độ hoặc áp suất nhất định. Nó sẽ giảmkhi nhiệt
độ hoặc áp suất tăng lên và =0 tại điểm tới hạn.

Fig 3-27 P-V-T bề mặt của 1
vật chịu nén giãn nở trong
băng



Số trang: 128-130
Ví dụ 3-1 Áp lực bão hòa chất lỏng trong một xe tăng
Một chiếc xe tăng cứng chứa 50 kg của nước lỏng bão hòa ở 90 ° C. xác định

áp suất trong bình và khối lượng của bể.
Giải pháp Một bể chứa nước cứng nhắc lỏng bão hòa. Áp
khối lượng của xe tăng sẽ được xác định.
Phân tích trạng thái của nước lỏng bão hòa được thể hiện
trên sơ đồ Tv trong hình. 3-31. Vì điều kiện bão hòa có
trong các thùng, các áp lực
phải là áp lực bão hòa ở 90 ° C:
ví dụ 3-31
P = P sat @ 90°C 70.183 kPa¬¬1Table A–42
Khối lượng riêng của chất lỏng bão hòa ở 90 ° C là
v = v f@ 90°C 0.001036 m3 >kg
Sau đó, tổng khối lượng của xe tăng trở nên
V = mv = (50 kg) (0.001036 m3 >kg) = 0.0518 m3
Ví dụ 3-2 Nhiệt độ bão hòa hơi trong một xi lanh
Một thiết bị piston xi-lanh có chứa 2 ft3 bão hòa hơi nước ở 50-psia
áp lực. Xác định nhiệt độ và khối lượng của hơi nước bên trong
xi lanh.
Giải pháp Một xi lanh chứa hơi nước bão hòa. Nhiệt độ và
khối lượng của hơi nước phải được xác định.
Phân tích trạng thái của hơi nước bão hòa được thể hiện trên sơ đồ Pv
trong hình. 3-32. Kể từ khi xi lanh chứa hơi bão hòa ở 50 psia, các
nhiệt độ bên trong phải có nhiệt độ bão hòa ở áp suất này:
T = Tsat @ 50 psia = 280.99°F¬
Thể tích riêng của hơi nước bão hoà ở 50 psia là
v = vg @ 50 psia = 8.5175 ft3 >lbm

suất và


Sau đó, khối lượng của hơi nước bên trong xi lanh trở thành

m = V/ v =( 2 ft3 )/(8.5175 ft3 / lbm )= 0.235 lbm
Ví dụ 3-3 Khối lượng và năng lượng trong quá trình bay hơi đổi
Một khối lượng 200 g của nước lỏng bão hòa hoàn toàn bốc hơi tại một hằng số
áp lực của 100 kPa. Xác định (a) sự thay đổi khối lượng và (b)
các
Lượng năng lượng chuyển giao cho các nước.
Giải pháp bão hòa nước thể lỏng bay hơi ở áp suất không đổi.
khối lượng
thay đổi và năng lượng chuyển chưa được xác định.
Phân tích (a) Quá trình mô tả được minh họa trên một sơ đồ Pv
trong hình. 3-33.
Sự thay đổi khối lượng mỗi đơn vị khối lượng trong quá trình
bay hơi là một VFG, mà là sự khác biệt giữa VG và vf
. Đọc các giá trị từ Bảng A-5
100 kPa và thay thế sản lượng
vfg = vg - vf = 1.6941 - 0.001043 = 1.6931 m3 >kg
Do đó,
V = mvfg = (0.2 kg) (1.6931 m3 >kg) = 0.3386 m3
(b) Mức năng lượng cần thiết để làm bốc hơi một đơn vị khối lượng của một chất ở
áp suất là nhiệt bay hơi ở áp suất đó, mà là hfg?
2257,5 kJ / kg nước ở 100 kPa. Như vậy, lượng năng lượng được chuyển giao
mhfg = (0.2 kg)(2257.5 kJ>kg) = 451.5 kJ
Thảo luận Lưu ý rằng chúng tôi đã xem xét bốn chữ số thập phân đầu tiên của VFG
và bỏ qua phần còn lại. Điều này là bởi vì vg có số lượng đáng kể cho
bốn chữ số thập phân đầu tiên chỉ, và chúng tôi không biết những con số trong khác
chữ số thập phân. Sao chép tất cả các chữ số từ các máy tính có nghĩa là


chúng ta giả định vg = 1.694100, mà không nhất thiết phải là trường hợp. Nó có thể
rất tốt có thể được vg = 1.694138 kể từ khi con số này, quá, sẽ cắt ngắn để

1,6941. Tất cả các chữ số trong kết quả của chúng tôi (1,6931) là rất lớn. Nhưng nếu
chúng ta đã làm
không cắt ngắn kết quả, chúng ta sẽ có được VFG= 1.693057, mà sai
ngụ ý rằng kết quả của chúng tôi là chính xác đến chữ số thập phân thứ sáu.

1b Bão hòa lỏng-hơi hỗn hợp
Trong một quá trình bay hơi, một chất tồn tại như một phần chất lỏng và một phần
hơi. Nghĩa là, nó là một hỗn hợp của chất lỏng bão hòa và hơi bão hòa
(Hình. 3-34). Để phân tích hỗn hợp này đúng, chúng ta cần phải biết tỷ lệ
của pha lỏng và hơi trong hỗn hợp. Điều này được thực hiện bằng cách xác định
một thuộc tính mới gọi là chất lượng x là tỉ lệ giữa khối lượng
nước để tổng khối lượng của hỗn hợp:

của hơi

x = mhơi nước /mtoàn bộ
tại
mtoàn bộ = mchất lỏng + m hơi nước = mf + mg
Chất lượng có ý nghĩa cho chỉ hỗn hợp bão hòa. Nó không có ý
nghĩa trong chất lỏng nén hoặc quá nhiệt vùng hơi. Giá trị của nó là
giữa 0 và 1. Chất lượng của một hệ thống bao gồm các chất lỏng
bão hòa là 0 (hoặc 0 phần trăm), và chất lượng của một hệ thống bao gồm hơi bão hòa
là 1 (hoặc 100 phần trăm). Trong hỗn hợp bão hòa, chất lượng có thể phục vụ như là
một trong hai tính chất thâm độc lập cần thiết để mô tả một trạng thái. Lưu ý tính chất
của các chất lỏng bão hòa là như nhau cho dù nó tồn tại một mình hoặc trong một hỗn
hợp với hơi bão hòa. Trong quá trình bay hơi, chỉ có lượng thay đổi chất lỏng bão hòa,
không phải thuộc tính của nó. Điều tương tự cũng có thể nói khoảng một hơi bão hòa.
Một hỗn hợp bão hòa có thể được coi như là một sự kết hợp của hai hệ thống con:
chất lỏng bão hòa và hơi bão hòa. Tuy nhiên, số lượng đại chúng
cho mỗi giai đoạn thường không được biết đến. Do đó, nó thường là

thuận tiện hơn


để tưởng tượng rằng hai giai đoạn được trộn đều, tạo thành một đồng nhất
hỗn hợp (Hình. 3-35). Sau đó, các thuộc tính của "hỗn hợp" này sẽ chỉ đơn giản là
được
các tài sản trung bình của hỗn hợp lỏng-hơi bão hòa được xem xét.
Dưới đây là làm thế nào nó được thực hiện.
Hãy xem xét một bể có chứa một hỗn hợp lỏng-hơi bão hòa. khối lượng
chiếm bởi chất lỏng bão hòa là VF
Và thể tích chiếm bởi bão hòa
Hơi này VG. Tổng khối lượng V là tổng của hai:

Chia cho sản lượng mt
vavg = (1 – x) vf + xvg
kể từ khi x = mg / tấn. Mối quan hệ này cũng có thể được thể hiện như
vavg vf + xvfg (m3 >kg)
nơi VFG = vg - vf
. Giải quyết về chất lượng, chúng ta có được
x = (vavg - vf ) / vfg
Dựa vào phương trình này, chất lượng có thể được liên quan đến khoảng cách ngang
trên một P-v hoặc T-v sơ đồ (Hình. 3-36). Tại một nhiệt độ nhất định hoặc áp lực,
Tử số của phương trình. 3-5 là khoảng cách giữa thực trạng và
trạng thái lỏng, và mẫu số là chiều dài của toàn bộ ngang
đường nối lỏng bão hòa và các tiểu bang hơi bão hòa. Một nhà
nước của
Chất lượng 50 phần trăm nằm ở giữa đường ngang này.

bão hòa