Содержание
Что происходит с энергией?
Конденсация является сменой агрегатного состояния пара. При конденсации происходит переход из газообразного состояния в жидкое.
Внутренней
Внутренней 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:
- Конденсация — это фазовый переход, требующий определенного количества энергии. Это самое простое определение. Простыми словами, для перехода нужна сила, которая будет безвозвратно затрачена.
- 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.
- 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).
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:
-
Пар 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.
- 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.
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.