1. Загальні відомості
2. Використання питомої обсягу
3. двофазні системи
4. Системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря
5. сонячні колектори
6. теплові трубки
7. Пристрій і робота двофазних систем
8. Температура, тиск і питомий об'єм
9. Питома обсяг в скороварці

1 літр на грам [л / г] = 1000 літр на кілограм [л / кг]

Речовина в пароподібному стані розширюється і обертає турбіни цієї електростанції, яка працює на газі.

Загальні відомості

Використання питомої обсягу

двофазні системи

Системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря

сонячні колектори

теплові трубки

Пристрій і робота двофазних систем

Температура, тиск і питомий об'єм

Питома обсяг в скороварці

Загальні відомості

Цикл охолодження, крок 1. Гарячий холодоагент, стиснений компресором, охолоджується навколишнім повітрям і конденсується в теплообміннику віконного кондиціонера

Питома обсяг - це обсяг на одиницю маси. Це властивість речовин часто використовується в термодинаміки. Питома обсяг - величина, зворотна щільності. Його знаходять, розділивши обсяг на масу. Питома обсяг газів можна знайти також за їх щільності, температури і молекулярної масі. Величину обсягу на одиницю маси використовують частіше, але іноді, говорячи про питому обсязі, мають на увазі відношення обсягу до молекулярної масі. Зазвичай з контексту зрозуміло, про яке питомій обсязі йдеться. Одиниці питомої обсягу по масі відрізняються від одиниць питомої обсягу за молекулярною масою, тому можна зрозуміти, про яке питомій обсязі йдеться, дивлячись на одиниці, в яких ця величина вимірюється. Питома обсяг за масою вимірюють в м³ / кг, л / кг, або фут³ / фунт, в той час як питома обсяг за молекулярною масою вимірюють в м³ / моль і похідних одиницях. У деяких випадках питома обсяг за молекулярною масою називають молярним об'ємом або питомою молярним об'ємом.

Використання питомої обсягу

Якщо порівняти тверді речовини, рідини і гази, то легко помітити, що змінити щільність або питома обсяг газів найпростіше. До речі, коли говорять про тверді речовини і рідинах, найчастіше використовують щільність, а кажучи про газах частіше використовують питомий об'єм. Питома обсяг також зазвичай використовують при роботі з системами, в яких речовина або речовини присутні в декількох різних агрегатних станах.

Цикл охолодження, крок 2. Охолоджений холодоагент в формі рідини проходить через капілярну трубку і потрапляє в випарник (теплообмінник, показаний на ілюстрації). Тепле повітря з кімнати проходить через холодний випарник, де охолоджується

двофазні системи

Двофазні системи - це системи, які складаються з речовини, що знаходиться в двох різних агрегатних станах, наприклад рідина-газ, або рідина-тверде тіло. Суміш льоду і води в чашці - хороший приклад системи рідина-тверде тіло. Системи рідина-газ можна знайти в котельні електростанції, яка працює на газі, в атомному реакторі або в кондиціонері. У деяких випадках цікаво спостерігати за двухфазной системою, наприклад щоб дізнатися, як вона змінюється при зміні температури або тиску. Нерідко інтерес представляють зміни в обсязі речовини при зміні агрегатного стану цієї речовини. У цьому випадку використовують питомий об'єм. Загалом, питома обсяг зручно використовувати, щоб описати властивості двухфазной системи.

Спочатку розглянемо приклади двофазних систем і їх застосування в повсякденному житті і в техніці. Потім обговоримо застосування питомої обсягу.

Системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря

Цикл охолодження, крок 3. Хладагент в газоподібному стані виходить з випарника і потрапляє в компресор, де його стискають. При цьому тиск в холодоагенті збільшується. Після він потрапляє в конденсатор (теплообмінник), і цикл охолодження повторюється

У більшості установок опалення, вентиляції та кондиціонування (ОВК або по-англійськи HVAC) використовуються на двофазні системи. При опаленні воду іноді нагрівають до тих пір, поки вона не перетворюється в пар, який подається по трубах системи опалення для нагріву приміщення, конденсується в радіаторах опалення в повертається в котел у вигляді рідини. У багатьох системах опалення по трубах циркулює гаряча вода. У таких системи опалення для нагріву води використовують бойлери. Воду в бойлері нагрівають, спалюючи паливо. Часто це викопне паливо, наприклад вугілля або природний газ.

З іншого боку, в процесі охолодження використовують речовину, зване холодильним агентом або холодоагентом. В процесі роботи ця речовина знаходиться поперемінно в двох фазах - рідкою і газоподібної. Спочатку газоподібний холодоагент охолоджують в теплообміннику, званому конденсатором, до тих пір, поки він не переходить в рідкий стан. Конденсатор знаходиться поза охолоджуваного приміщення. При цьому холодоагент конденсується на стінках теплообмінника, віддаючи тепло в навколишнє середовище. Після цього холодоагент стискають компресором і пропускають по трубах через що знаходиться в охолоджуваному приміщенні інший теплообмінник, званий випарником. У ньому рідкий холодоагент перетворюється в газ. На це перетворення потрібно дуже багато тепла, яке і відбирається в охолоджуваному приміщенні. У газоподібному стані холодоагент повертається в перший теплообмінник, і весь процес повторюється.

Вуличний блок спліт-системи кондиціонування повітря

Перехід рідини в газоподібний стан вимагає велику кількість енергії. У процесі охолодження система забирає тепло з кімнати для нагріву холодоагенту, і завдяки цьому охолоджує приміщення. Конденсатор в кондиціонері охолоджує газ (холодоагент), віддаючи тепло в навколишнє середовище, тобто на вулицю.

Домашні холодильники і промислові холодильні камери працюють за таким же принципом. Деякі пристрої опалення, вентиляції та кондиціонування об'єднані в одну систему. В інших випадках обігрівач і кондиціонер є окремі пристрої.

Сонячні колектори використовують для охолодження

сонячні колектори

Сонячні колектори працюють за схожим принципом. Панелі сонячних колекторів збирають сонячну енергію, яка використовується для нагріву повітря або рідини, наприклад води або антифризу. Отриману теплову енергію використовують для обігріву приміщень або для нагріву води.

Теплові трубки - це високоефективні теплопередающей пристрою. Їх висока теплопередача забезпечується завдяки великій кількості енергії, яка витрачається на пароутворення і виділяється при конденсації рідини всередині них

теплові трубки

Процес роботи теплових трубок схожий на роботу кондиціонера, з різницею в тому, що замість охолодження повітря охолоджують тверді поверхні, наприклад металеві. Тепло цих поверхонь нагріває рідину в трубках до тих пір, поки ця рідина не випаровується. В іншому процес ідентичний: газ охолоджується і конденсується, і його знову повертають в трубки для нагрівання. Приклади охолоджуючих речовин - це гелій, спирт, і ртуть. Нерідко такі системи використовують всередині електронних приладів, наприклад комп'ютерів, для охолодження електронних елементів, що піддаються сильному нагріванню. Також ці системи використовують в космосі в екстремальних температурних умовах.

Пристрій і робота двофазних систем

При певних умовах речовина в двофазних системах зазвичай може перебувати в цій системі одночасно в двох різних фазах. Якщо ж ці умови не дотримані, то речовина в системі може бути тільки в одному агрегатному стані, як ми докладно опишемо нижче.

У двофазних системах зміни температури викликані зміною тиску, а не питомої обсягу. Іноді, навпаки, тиск і температура постійні, а питома обсяг змінюється. Це відбувається, коли при постійному тиску в системі підтримується температура, яка дозволяє речовині існувати одночасно в двох фазах. При таких умовах, як тільки система досягає потрібної температури, якщо ця температура не змінюється, то рідина поступово переходить в газоподібний стан, і питомий об'єм в результаті збільшується. Звичайно, при цьому змінюється і загальний обсяг речовини в системі. Сама система також повинна бути розрахована на таке збільшення обсягу. З іншого боку, в системах з обмеженим обсягом і масою, де неможливо змінювати питомий об'єм, ситуація виглядає інакше. Нижче ми розглянемо принцип роботи такої системи на прикладі скороварки. Але повернемося до нашої системи, яка допускає зміни в питомій обсязі. Питома обсяг в ній буде збільшуватися до тих пір, поки вся рідина не випарується і система знову не досягне рівноваги.

Щоб спроектувати котли та турбіни, використовувані в електростанціях, наприклад працюють на природному газі, як на фотографії, необхідне розуміння теплового обміну і зміни тиску в двофазних системах

Тільки що ми познайомилися з системами з незмінним тиском. Тепер розглянемо систему з постійною температурою і умов, що змінюються тиском. Для кожної речовини існує діапазон тисків, при яких воно може перебувати тільки в газоподібному стані. Також існує діапазон тисків, при якому речовина може бути одночасно і рідиною і газом. Варто зауважити, що при зміні тиску змінюється також і питома обсяг.

Поріг, після якого речовина не може бути одночасно в двох агрегатних станах, існує також і для рідини. Поріг температури називають критичною температурою, а перепад тиску - критичним тиском. Поєднання температури і тиску, при яких зникають відмінності у властивостях рідкої і газоподібної фаз речовини, в термодинаміці називають критичною точкою.

Температура, тиск і питомий об'єм

У термодинаміки тиск, температура і питомий об'єм - три величини, пов'язані між собою і залежать один від одного. Так як ці величини легко знайти, їх зручно використовувати для опису термодинамічних систем. Як ми описали вище, якщо речовина знаходиться в одній фазі, то зміна тиску або зміна температури викликають збільшення або зменшення питомої обсягу. Як ця питома обсяг змінюється, залежить від речовини, але для більшості газів збільшення тиску при постійній температурі викликає зменшення питомої обсягу. З іншого боку, збільшення температури при постійному тиску найчастіше збільшує питомий об'єм. Така залежність також дозволяє контролювати тиск або температуру за допомогою зміни питомої обсягу. Саме за таким принципом і працює скороварка.

Температура кипіння води в скороварці збільшується до 121 ° C (250 ° F) на рівні моря при тиску, яке вище атмосферного тиску на рівні моря на 1 бар або приблизно 15 фунтів на квадратний дюйм

Питома обсяг в скороварці

Найчастіше їжа в скороварці - у формі рідини. Звичайно, часто в скороварці знаходяться і продукти харчування в твердому стані, наприклад м'ясо і овочі, але для успішної роботи скороварки необхідна рідина. Коли кришка скороварки щільно закрита, пара виходить з неї тільки через спеціальний патрубок, на який надітий регулятор тиску. Тому під час приготування їжі в скороварці легко підтримувати постійний питома обсяг, що і робиться. Головна мета приготування їжі в скороварці - приготувати їжу з використанням більш високої температури, і з найменшим випаровуванням рідини. Такий спосіб прискорює процес приготування їжі. Деяка кількість пара нам, все ж, необхідно, так як саме гаряча пара використовується в скороварці для теплової обробки продуктів. Теплоємність пара набагато вища за теплоємність повітря, тобто він набагато краще повітря зберігає енергію. Висока теплоємність пара і той факт, що скороварка дозволяє нам підтримувати в ній температуру до 120 ° С означає, що їжа в ній готується набагато швидше і з меншими витратами енергії, ніж якби її готували в киплячій воді або в духовій шафі.

Щоб підтримувати масу і об'єм незмінними, з скороварки майже не випускають пар під час приготування їжі. Це також допомагає підтримувати більш-менш постійний питома обсяг. Як вже обговорювалося раніше, якщо тиск, температура або питома обсяг постійні, то величина двох інших змінних залежить один від одного. Тобто, при збільшенні температури, як в початковій стадії приготування їжі в скороварці, тиск всередині скороварки також збільшиться. Через деякий час система досягне рівноваги між тиском і температурою. При подальшому збільшенні зовнішньої температури рідина в скороварці почне випаровуватися. Ця температура - максимально можлива для даних тиску і питомої обсягу. Як тільки наша система досягла цієї температури, ми зменшуємо вогонь, щоб підтримувати постійну температуру і тиск до кінця процесу приготування їжі.

Використання скороварки не тільки дозволяє зберегти електроенергію. Як ми згадували вище, час приготування їжі в скороварці набагато менше, ніж якщо б ми використовували інші методи приготування, тому кухня нагрівається набагато менше, що особливо важливо в жарку погоду. До того ж, їжа, приготована в скороварці, набагато корисніше для здоров'я, ніж, наприклад, смажена їжа, так як в скороварці не потрібно масло, яке необхідно для смаження.

література

Автор статті: Kateryna Yuri

Ви маєте труднощі в перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові вам допомогти. Опублікуйте питання в TCTerms і протягом декількох хвилин ви отримаєте відповідь.