УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПАРООБРАЗОВАНИЯ

Для превращения вещества из жидкого состояния в парообразное (при кипении или испарении) необходимо сообщить некоторое количество теплоты, называемое удельной теплотой испарения или парообразования. При обратном переходе из парообразного состояния в жидкое эта теплота должна отниматься от вещества. Удельная теплота испарения (обозначается через ) состоит из двух частей: одна часть расходуется на преодоление молекулярных сил, удерживающих молекулы в объеме жидкости; другая часть тратится на совершение работы расширения против внешнего давления на жидкость.

Обе эти части, а следовательно, и их сумма зависят от плотности (или давления) пара над поверхностью жидкости. Например, вблизи критического состояния, когда плотность насыщенного пара приближается к плотности самой жидкости, силы, действующие на молекулу в сторону пара и в сторону жидкости, мало отличаются друг от друга и работа перехода молекул из жидкости в пар очень мала; очевидно, в критическом состоянии Вторая часть теплоты парообразования обусловлена тем, что объем вещества в жидком состоянии значительно меньше, чем в парообразном (при тех же температуре и давлении). Для расширения вещества от Уж до при постоянном давлении потребуется работа

В критическом состоянии разность между удельными объемами жидкости Уж и пара становится равной нулю и поэтому Уменьшение удельной теплоты парообразования по мере увеличения плотности пара или температуры можно иллюстрировать следующими данными для воды:

Зависимость между удельной теплотой испарения, температурой и изменением удельного объема вещества может быть найдена в общем виде, если воспользоваться вторым законом термодинамики. Рассмотрим круговой процесс, состоящий из: 1) изотермически-изобарного превращения единицы массы кипящей жидкости в насыщенный пар (участок 1—2, рис. 11.48); 2) изменения параметров

насыщенного пара с до изотермически-изобарного превращения насыщенного пара в жидкость (участок 3—4) и 4) изменения параметров от до

Если разности давлений и темпёратур очень малы, то можно пренебречь подводом и отводом тепла на участках 2—3 и 4—1, т. е. считать эти процессы почти адиабатическими. Тогда рассматриваемый круговой процесс складывается из двух изотерм и двух адиабат, т. е. является циклом Карно, для которого

Рис. 11.48

Здесь удельная теплота парообразования на участке 1—2. Разность есть результирующая внешняя работа, совершаемая при этом круговом процессе; она измеряется площадью 1—2—3—4 и при малых и с достаточной точностью равна

где удельный объем насыщенного пара в состоянии 2 или — удельный объем жидкости в состоянии 1 или Таким образом, мы получаем приближенное равенство

Если довести и до бесконечно малых значений, то это равенство сделается точным; перепишем его в виде

Это соотношение, называемое формулой Клапейрона-Клаузиуса, связывает между собой удельную теплоту парообразования, температуру насыщенных паров, изменение удельного объема вещества при переходе из жидкого состояния в парообразное и быстроту изменения давления насыщенных паров с температурой Так как больше , то всегда положительно, т. е. с увеличением температуры давление насыщенных паров всегда возрастает (см. ч. II, § 13, рис. 11.25).