Чему равна удельная теплота парообразования воды, как ее определить?

Что это за параметр, в чем измеряется?

Удельной теплотой парообразования является доля энергии, затрачиваемая на переход определенной массы воды из жидкого в газообразное состояние.

Данная энергия является тепловой и образуется из температуры нагревания жидкости от источника тепла. Данный параметр также применим для конденсации пара в жидкое состояние.

Единицей измерения удельной теплоты является Джоуль на килограмм массы вещества (Дж/кг). Данный параметр обозначается в виде латинской буквы «L».

Значение удельной теплоты парообразования равняется величине конденсации при тех же параметрах температуры и массы воды. Связано это с выделением доли тепла при обратном переходе из пара в жидкость.

От чего зависит теплоемкость водяного пара?

Удельная теплоемкость воды зависит от следующих параметров:

1. Масса воды. Чем меньше количество жидкости, тем меньше энергии затрачивается на ее разогрев до температуры кипения.
2. От величины давления. При низком давлении вода испаряется при более низкой температуре, а, значит, тепловой энергии затрачивается меньше.
3. Температура. При высокой температуре образование пара происходит быстрее, так как необходимая доля энергии передается за меньшее количество времени.
4. Состав воды. Чистая воды требует меньше энергии. Посторонние элементы и смеси увеличат удельную теплоту за счет потери энергии на их прогрев.
5. Площадь нагреваемой воды. Чем она больше, тем медленнее происходит нагрев. Это также зависит от температуры источника тепла и его площади, охватываемой передачей тепла.

Как меняется при изменении температуры?

Удельная теплоемкость имеет прямую зависимость от температуры, при которой происходит парообразование:

1. При увеличении температуры снижается количество затрачиваемой удельной теплоты. Это происходит за счет снижения времени передачи необходимой энергии на разогрев от 0 до 100 градусов в условиях высокого атмосферного давления.
2. При снижении температуры нагрева увеличивается количество необходимой тепловой энергии для парообразования. Также учитывается количество тепла, которое затрачивается на разогрев окружающей среды.

Зависимость от t° и давления

Ниже приведена таблица зависимости удельной теплоты парообразования от температуры и давления.

В таблице прослеживается прямая зависимость удельной теплоты парообразования воды при повышении давления и температуры. Чем выше эти показатели, тем меньше тепловой энергии требуется для перехода из жидкого состояния в газообразное.

Как найти?

Рассмотрим, как рассчитать параметр.

Формула и правила расчета

Для расчета удельной теплоты парообразования воды используется следующая формула: L = Q/m.

Выражение состоит из следующих величин:

• «L» — удельная теплота;
• «Q» — величина теплоты, потраченной на парообразование или конденсацию;
• «m» — общая масса жидкости.

Формула может использоваться и для расчета конденсации. При этом необходимо учитывать величину количества теплоты «Q» в виде отрицательного значения и проставлять знак «-». Отрицательное значение количества теплоты указывает на долю расхода этого параметра при конденсации, с ее выделением в среду.

Несколько примеров

Расчет удельной теплоты можно сделать на примере решения задач.

Задача:

• масса воды 5 кг;
• количество теплоты при температуре 100 градусов неизвестно.

Решение: Q=L*m.

Отсюда следует:

• «L» — удельная теплота парообразования 1 килограмма воды, при температуре 100 градусов, равна 2260 кДж.
• «m» — масса воды 5 килограмм.

Q=2260*5=11300 КДж.

Ответ: для нагрева 5 килограмм воды требуется энергия, равная 11300 кДж.

Задача:

1. Масса воды 3 кг.
2. Начальная температура 20 градусов.
3. Температура кипения 100 градусов.
4. Удельная теплота неизвестна.

При решении этой задачи требуется найти удельную теплоту, затрачиваемую на разогрев от 20 до 100 градусов.

Решение:

1. Масса воды 3 кг.
2. T1 – 20 °С.
3. Т2 – 100 °С.
4. Т3 – разница 80 °С.
5. L – 2230 кДж при 100 °С.

100-20=80 °С температурная разница. L-80 °С = 2310 кДж. Отсюда следует: Q=2310*3=6930 кДж.

Ответ: для нагрева воды, массой 3 кг, с начальной точки 20 °С до температуры 100 °С требуется 6930 кДж тепловой энергии.

Где используют знания в жизни?

Удельная теплота парообразования воды используется во многих сферах повседневной жизни:

1. Кулинария. На основе данных конденсации и парообразования проектируется кулинарная техника. Например, скороварки.

   Также данные знания учитывают при составлении рецептов и определения наиболее удачной температуры приготовления.

2. При проектировании систем парового отопления. В расчет берется значение при различных температурах нагревания и подачи воды по системам трубопроводов.
3. Также удельная теплота парообразования учитывается при использовании отработанного или конденсированного пара, оставшегося от работы паровых турбин. Такой пар используется повторно и отводится для нужд предприятий (отопление, работа генераторов).
4. Еще одной сферой использования является метеорология. Знания параметров удельной теплоты помогают контролировать скорость образования облаков, испарения конкретных водных ресурсов, определять температуру озер по мере их испарения в засушливые сезоны.
5. Удельная теплоемкость также помогает спроектировать различные инженерные системы, в которых используется вода и совершенно новые металлы. Характеристика позволяет рассчитать количество теплоты, удерживаемой металлом для последующего разогрева воды. Такой подход помогает значительно сэкономить время парообразования и затраты на топливо.

Видео по теме статьи

Об удельной теплоте парообразования воды расскажет видео:

Заключение

Параметр удельной теплоты парообразования важен при расчетах. Он помогает рассчитать множество затрат, время нагрева и общую характеристику необходимых материалов. Провести расчет очень просто, используя представленную формулу.