Statisztikai fizika és termodinamika

Tevékenységek

A "Látens fúziós hő és a víz párolgása" című oldalon a víz párolgásának folyamatát tanulmányoztuk. Ezen az oldalon tanulmányozzuk a párolgási folyamatot, feltételezve, hogy a hőveszteség jelentős és megfelel Newton hűtési törvényének.

Nincs veszteség

Tésztával ellátott edényt helyeznek el m víz egy elektromos villanytűzhelyen P.

A víz kezdeti hőmérséklete Ta, környezeti hőmérséklet. Az idő múlásával a víz hőmérséklete emelkedik, amíg 100 itC-on fel nem forr t1.

P t1 = m c(100-Ta)
A víz elpárolog, és ezzel egyidejűleg csökkenti a tartály vízszintjét t egy tömeg elpárolog én vízből

hol Lv a víz elpárolgásának hője

Veszteségekkel

Most fontos a hőveszteség, mivel a forrásban lévő víz és a környezet közötti hőmérséklet-különbség nagyon nagy. Újra meg fogjuk fogalmazni a problémát, figyelembe véve a hőveszteségeket, és feltételezzük, hogy betartják Newton hűtési törvényét.

A hő dQ = P dt között a villanytűzhely szolgáltatja t Y t + dt megfordul:

A víz hőmérsékletének emelésében mc dT

Átkerül a légkörbe αS (T-Ta)dt Newton hűtési törvénye szerint.Hol a a hőcserélési együttható és S a test légkörrel érintkező területe. T a víz hőmérséklete és Ta szobahőmérséklet

Integráljuk a differenciálegyenletet a következő kezdeti feltételekkel, pillanatnyilag t= 0, a víz hőmérséklete a környezeti hőmérséklet Ta.

Megtisztítjuk a hőmérsékletet T a víz

τ időállandónak nevezzük.

Hőfok T növekszik, amíg el nem éri a határt, amikor t→ ∞

Ez egy hasonló kifejezés:

Az önindukció és az akkumulátorhoz kapcsolt ellenállás által létrehozott áramkör végső intenzitása

Két eset fordulhat elő:

Hogy a veszteségeket αS legyen nagy vagy hatalom P a kályha kicsi úgy Ön = 100, akkor a víz hőmérséklete a Ta 100 ° C-ig a víz nem forral fel, majd addig párolog, amíg ki nem merül

elpárologtatása

felrakás T= 100, és azonnal megoldjuk t1 amelyben a víz felforralódik

Amikor a veszteség kicsi αS→ 0, az ln (1+x) ≈x

Milyen eredményt kaptunk, feltéve, hogy nincs veszteség

Ettől a pillanattól kezdve a víz hőmérséklete állandó marad. A hő dQ = P dt között a villanytűzhely szolgáltatja t Y t + dt megfordul:

  • tömeg elpárologtatásakor dm vízből, Lv dm, lény Lv a víz elpárolgásának hője

  • átkerül a légkörbe αS (100-Ta)dt, Newton hűtési törvénye.

P · dt =Lv dm+ α S (100-Ta)

Tömeg én víz azonnal elpárolog t> t1 van

A tartályban folyékony marad a víz m-én

Ha nem lennének veszteségek, αS= 0

A tartályban lévő víz tömege, m= 1,0 kg víz

Kályha teljesítmény, P= 150 W

Környezeti hőmérséklet Ta= 20 ° C

A víz fajhője c= 4180 J/(kg єC)

A víz párolgásának hője Lv= 2260 10 3 J/kg

A hőveszteség együtthatója αS= 1,5 J/єC

Veszteségekkel

Hőfok T nő

Mit Ön> 100, a hőmérséklet T forráspontra emelkedik T= 100єC a pillanatban t1

Attól a pillanattól t> t1 a víz elpárolog.

Egy pillanat alatt t= 120 perc = 7200 s elpárolog

36 ml víz elpárolog, és 1000-36 = 964 ml folyékony állapotban marad

Nincs veszteség αS= 0.

Attól a pillanattól t> t1 a víz elpárolog.

Egy pillanat alatt t= 120 perc = 7200 s elpárolog

330 ml víz elpárolog, és 1000-330 = 670 ml folyékony állapotban marad

A villanytűzhely teljesítménye lecsökken P= 75 W

Hőfok T nő

Mit Ön

Hivatkozások

O'Connell J. Fűtővíz: A sebesség korrekciója a newtoni hűtés miatt. The Physics Teacher 37. évfolyam, 1999. december, pp. 551-552