Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Интересно, что температура воды не поднимается и не падает непрерывно, когда происходит нагревание или охлаждение вблизи точек кипения и конденсации. Вместо этого изменение температуры воды происходит примерно в соответствии с кривой, представленной на рис. 3.4. На рисунке 3.4, А температура воздуха повышается, на рис. 3.4, Б — понижается. Изменение температуры воды прекра­щается, когда вода кипит или конденсируется. Существуют другие вещества, демонстрирующие те же свойства при кипении и конден­сации, причем некоторые из них отличаются большим количеством теплоты, которое они забирают или отдают при изменении агрегат-

ного состояния. Такие вещества используются в системах, которые передают тепловую энергию из одного места в другое. Это хлада­генты, к числу которых относится фреон R-134a — один из группы химических элементов, называемых гидрофторуглеродами (ГФУ, HFC); они используются в системах, передающих тепловую энергию из одного места в другое.

А Б

Рис. 3.4. Процессы кипения и конденсации воды: А — в процессе испарения
жидкая вода поглощает тепло из окружающей среды; Б — в процессе
конденсации водяной пар отдает тепло окружающей среде. Температура воды
остается постоянной во время конденсации и испарения

Когда данное количество жидкости переводится в газообразное состояние, поглощается определенное количество энергии; при этом оценки делаются, когда вещество существует в одном из этих состоя­ний. В случае чистой воды потребуется 540 кал (2260 Дж), чтобы преобразовать 1 г жидкости при +100 °С в 1 г пара при +100 °С. В противоположном процессе, если 1 г чистого водяного пара при +100 °С полностью конденсируется и становится жидкостью при +100 °С, при этом выделяется 540 кал (2260 Дж) энергии. Это коли­чество меняется для разных веществ и называется теплотой паро­образования[11] для данного вещества.

Если теплоту парообразования (в калориях на грамм или в джоу­лях на грамм) обозначить hv, количество теплоты, сообщенное дан­ному количеству вещества или отданное им (в калориях или в джоу­лях соответственно), обозначить h, а массу образца (в граммах) обо­значить т, тогда

h = h/m.

v

Задача 3.4

Предположим, что некое вещество переходит из жидкого состоя­ния в парообразное (или наоборот) при температуре +500 °С при нормальном атмосферном давлении. Представим сосуд, содержащий 67,5 г этого вещества полностью в жидком состоянии при температу­ре +500 °С. Если удельная теплота парообразования равна 845 кал/г, сколько тепловой энергии в калориях поглотит образец вещества, если полностью испарится? Округлите ответ до трех значащих цифр и запишите ответ, пользуясь в качестве множителя числом 10 в нуж­ной степени.

Решение 3.4

Единица измерения для т — грамм, а для hv — калория на грамм. Мы можем воспользоваться вышеприведенной формулой, ко­торая выражает количество теплоты h в калориях, подставив задан­ные числа. Но сначала преобразуем ее, умножив обе части равенства на т, что даст нам следующую формулу:

h = h т.

v

Подставим числа, считая hv = 845, а т = 67,5, и получим h = 845 х 76,5 = 57 038 кал = 5,7 х 104 кал.

Задача 3.5

Предположим, что вещество переходит из парообразного состо­яния в жидкое (или наоборот) при температуре +15 °С при нор­мальном атмосферном давлении. Представим закрытую систему, содержащую точно 2 кг этого вещества полностью в парообразном состоянии при температуре +15 °С. Если теплота парообразования равна 8500 Дж/г, сколько тепловой энергии в джоулях отдаст об­разец вещества, если полностью превратится в жидкость? Округлите ответ до двух значащих цифр и запишите ответ, пользуясь в качестве множителя числом 10 в нужной степени.

Решение 3.5

Во-первых, мы должны перевести массу образца, 2 кг, в граммы. Мы знаем, что 1 кг = 1000 г, так что 2 кг = 2000 г. Теперь мы можем использовать ту же формулу, что и ранее:

h = h т.

v

Подставим числовые значения, считая hv = 8500, а т — 2000, и получим

h = 8500 х 2000 = 17 000 000 Дж = 1,7 х 107 Дж.

Задача 3.6

Преобразуем количество тепловой энергии, полученное в преды­дущем примере, в Британские тепловые единицы. Назовем эту вели­чину /гБТЕ. Округлим ответ до сотен.

Решение 3.6

Из главы 1 вспомним тот факт, что 1 БТЕ = 1055 Дж. Это означает, что мы должны поделить указанный результат на 1055, тогда получим

/гБТЕ = 1,7 х 107/1055 = 16 100 БТЕ.

Комментарии запрещены.