Что происходит с энергией?

Конденсация является сменой агрегатного состояния пара. При конденсации происходит переход из газообразного состояния в жидкое.

Для смены состояний требуется некоторое количество энергии (удельной теплоты), при этом удельная теплота парообразования равна теплоте конденсации, что указывает на возврат полученной энергии.

Внутренней

foto48024-2Внутренней энергией является общая сумма энергии, наполняющих вещество:

  • кинетическая,
  • тепловая,
  • энергия молекул воды, которая получена за счет их движения и подвода теплоты.

При конденсации, внутренняя энергия отдается в среду.

Доказательством этого может являться нагревание стенок емкости при конденсации. Также значительно снижается масса пара с последующим увеличением массы и объема жидкости.


Внешней

Внешней энергией при конденсации является энергия, которая затрачивается на переход молекул в состояние больших капель. Формирование капель сопровождается большой потерей теплоты, кинетической энергии и скорости движения молекул.

Таким образом, при конденсации происходит потеря внутренней и внешней энергии, которые потребуется возобновить с новым подводом тепла и затратами на парообразование (тепловая, кинетическая энергия, разрыв молекулярных связей).

Почему конденсация сопровождается выделением энергии?

Энергия выделяется за счет зависимости процесса конденсации от некоторых факторов:

  1. Конденсация — это фазовый переход, требующий определенного количества энергии. Это самое простое определение. Простыми словами, для перехода нужна сила, которая будет безвозвратно затрачена.
  2. Температурный порог или удельная теплота. Выше этого порога молекулы воды начинают выпариваться из пара. При величине удельной теплоты конденсации, молекулы воды обладают наивысшей скоростью перемещения и тепловой энергией. Вся эта энергия, полученная за время парообразования, затрачивается на обратный фазовый переход с необходимостью передачи тепла на сторонние предметы и среды.
  3. Конденсация, происходящая при условии разности с температурой внешней среды, требует теплового обмена с этой средой. Иными словами, происходит передача тепловой энергии (нагрев стенок или атмосферы).
Конденсация при смене объема и под высоким давлением сопровождается обменом кинетической энергией. Такие условия приводят к увеличению скорости молекул и частоты их столкновений.

Также теряется значительная доля массы, которая передается обратно в исходную жидкость. Исключением является конденсация ненасыщенного пара, жидкость которого не возвращается в исходный объем.

Как изменяется параметр?

Конденсация приводит к снижению энергии, полученной при парообразовании. Происходит это за счет следующих факторов:

  1. foto48024-3Пар теряет некоторую долю массы и объема. Молекулы воды больше не насыщают газ, а значит он теряет свою первоначальную энергию.

    Также теряется доля плотности и упругости пара.

  2. Исходное вещество теряет тепловую энергию. Конденсат гораздо холоднее пара, а значит при попадании в жидкость охлаждает ее, замедляя движения молекул, разрыв их связей и снижая кинетическую энергию выхода с поверхности.

При этом, конденсация требует возобновления температурного баланса жидкости для получения необходимой удельной теплоты парообразования, а значит будет затрачиваться новая энергия.

Как рассчитать, сколько выделится?

Удельная теплота конденсации равна удельной теплоте парообразования. Это означает что расчет конденсации может проводится по следующей формуле: Q = Lm.

Выражение состоит из:

  • «Q» — количество требуемой тепловой энергии Дж.
  • «L» — удельная теплота парообразования и конденсации Дж/кг или ккал/кг.
  • «m» — масса вещества.

Например, температура пара 100 градусов, масса пара 200 г.

Q=2300 кДж*0,2 кг=460 кДж энергии требуется на конденсацию 200 г пара.

В данном выражении используется табличная величина удельной теплоты конденсации, которая является эталонной для различных веществ при различной температуре.

Заключение

Процесс конденсации имеет положительное и отрицательное значение. В некоторых отраслях и в природе, конденсация помогает очищать различные химические вещества, получать тепловую энергию из пара, регулировать уровень влажности или сухости.

В теплообменных системах, конденсация часто отрицательный процесс, требующий затраты нового количества энергии для повторного парообразования.