Сайт по физике

Одним из важных примеров применений передачи тепловой энергии при испарении и конденсации является домашний холодильник. Когда включается насос Р, давление быстро падает в трубах F морозильного отделения. Это заставляет фреон — летучую жидкость в трубах — быстро испаряться (или кипеть при пониженном давлении). Необходимая скрытая тепловая энергия поступает к фреону из окружающей среды, и происходит охлаждение.

Удельная скрытая теплота парообразования — это количество тепловой энергии, которое необходимо для превращения единицы массы жидкости в пар без изменения температуры.

И наоборот, это — количество тепловой энергии, освобождающейся, когда единица массы пара конденсируется в жидкость без температурного изменения. Проведем исследование, чтобы определить скрытую теплоту парообразования.

Кипение также включает высвобождение молекул из жидкости, но оно отличается от испарения следующим:1. Кипение охватывает весь объем жидкости. Когда температура достигает точки кипения, средняя кинетическая энергия молекул такова, что они могут разорвать силы притяжения окружающих их молекул. Пузырьки пара  образуются  по  всей  жидкости. 2. Кипение имеет место при определенной температуре, которая соответствует точке кипения жидкости при определенном давлении.

Другое изменение состояния — переход жидкости в пар. Молекулы жидкости высвобождаются с поверхности и становятся паром. Этот процесс известен как испарение. Молекулы в жидкости могут свободно двигаться в любом направлении, поскольку связи между ними, существовавшие в твердом состоянии, разорваны. Однако между ними в жидкости остаются все еще большие силы притяжения. На рисунке молекула А внутри жидкости притягивается одинаково во всех направлениях, и на нее не действует результирующая сила.

Ранее уже упоминалось о том, что при нанесении нижней фиксированной точки на термометре давление должно составлять одну стандартную или нормальную атмосферу. Следовательно, давление влияет на температуру точки таяния льда. 

Продем исследование, демонстрирующее, что давление влияет на температуру таяния льда

Возьмите отрезок оголенной медной проволоки и присоедините к ее концам самые большие грузы, которые она может выдержать не разрываясь.

Горизонтальная часть всех кривых охлаждения и нагревания соответствует изменению состояния без изменения температуры. В твердом теле тепловая энергия нужна для произведения работы по разрыву молекулярных связей, чтобы перевести твердое вещество в жидкое состояние.

Наоборот, когда происходит превращение вещества из жидкого состояния в твердое, молекулы сближаются, происходит уменьшение потенциальной энергии молекул и высвобождается тепловая энергия. 

Точкой плавления вещества является температура, при которой твердая и жидкая фазы вещества находятся в равновесии при определенном давлении, за которое обычно принимается нормальное атмосферное давление. Позже будет показано, что точка плавления изменяется с давлением и зависит от присутствия примесей.

Проведем исследование построив кривую охлаждения нафталина. 

Укрепите на штативе пробирку с нафталином как показано на рисунке и затем опустите ее в лабораторный стакан с кипящей водой. Когда нафталин начнет плавиться, опустите в пробирку термометр и укрепите его на штативе. Когда температура нафталина достигнет примерно 95 ^оС, выньте пробирку из кипящей воды и насухо вытрите ее внешнюю сторону.