|
Рассмотрим поведение воды в различных фазовых состояниях.
Начнем с твердой фазы (льда). Постепенно будем нагревать лед при постоянном внешнем давлении (рг = const), то есть процесс нагревания льда будет изобарным. Следует напомнить, что при нагревании тела расширяются (их объем увеличивается). Значит, при нагревании льда в изобарном процессе его температура и давление увеличиваются, лед начинает плавиться (вода переходит из твердого состояния в жидкое состояние). При этом температура тела (системы лед — жидкость) не изменяется.
В жидком состоянии вода занимает больший объем, чем в твердом состоянии. Пока вода полностью не перейдет из твердого состояния в жидкое состояние, ее температура не будет увеличиваться, процесс плавления льда происходит при постоянной температуре.
Это означает, что в этом процессе температура воды в твердом и жидком состоянии одна и та же.
После того, как лед полностью расплавится, температура жидкости (воды) снова будет увеличиваться. При нагреве объем жидкости увеличивается, т.е. температура и объем жидкости увеличиваются. При этом вода находится только в жидком состоянии.
Достигнув некоторой температуры при данном давлении, вода (жидкость) начинает кипеть. При этом температура жидкости (воды) равна температуре кипения.
В этой точке вода начинает переходить из жидкого состояния в пар (газообразное состояние). Даже если продолжать нагревать воду (жидкость), ее температура в процессе кипения не будет изменяться (при условии, что внешнее давление окружающей среды, действующее на свободную поверхность воды, не изменяется). Такой процесс кипения жидкости можно наблюдать в повседневной практике.
Опустим термометр в чайник, наполненный водой. Чайник поставим на электроплитку, и будем нагревать. Столбик ртути в термометре будет быстро ползти вверх. При подходе столбика ртути к отметкам 90, 95, 99°С скорость подъема столбика ртути существенно уменьшится.
Наконец, столбик ртути очень медленно достигнет отметки 100°С, вода начинает кипеть, а столбик остановится на этой отметке и не изменит своего положения. Пока вся вода в чайнике не выкипит, ее температура не будет изменяться ( ts= 100°С). Вода кипит при температуре 100°С, если внешнее давление равно 760 мм рт. ст.
Энергия в тепловой форме подводится от электроплитки к воде. Следовательно, внутренняя энергия жидкости (воды) должна увеличиваться, поэтому ее температура тоже должна увеличиваться. Тем не менее, при кипении жидкости этого не происходит. В чем причина? Куда же расходуется тепловая энергия, подводимая к жидкости, если ее внутренняя энергия не увеличивается?
Ответ очевиден. Процесс превращения жидкости (воды) в пар требует энергетических затрат.
|
.png)