「重要分享」为什么饱和蒸气的体积随着温度的升高而减少?


过热蒸汽和再热蒸汽都是锅炉产生的蒸汽,但性质不同。过热蒸汽是指锅炉中产生的高温高压的干蒸汽。具有较高的热能和热容量,适合驱动高效汽轮机。


再热蒸汽是汽轮机运行过程中通过再热器对高压蒸汽进行再加热,使其温度和压力再次升高,以增加蒸汽的热能和工作能力。


因此,再热蒸汽比过热蒸汽具有更高的热效率,更适合在大型电厂的发电系统中使用。


一、为什么饱和蒸气的体积随着温度的升高而减少?

理想气体的焓与压力无关,只与温度有关。要理解为什么高压“过热”蒸汽具有低热函,我们必须将过热蒸汽视为普通气体。相同质量和温度的气体,压力越高,体积必然越小。气体做功时,压力较高的气体的体积变化大于压力较低的气体体积变化大时,比体积变化小的气体吸收更多的热量。这种理解可以解释高压过热蒸汽的低热函。注意,过热蒸汽即纯蒸汽加热的参数与饱和蒸汽的参数不同。


二、为什么饱和蒸汽的热函随着温度和压力的升高而降低?

理想气体的焓与压力无关,只与温度有关。


要理解为什么高压“过热”蒸汽具有低热函,我们必须将过热蒸汽视为普通气体。相同质量和温度的气体,压力越高,体积必然越小。气体做功时,压力较高的气体的体积变化大于压力较低的气体体积变化大时,比体积变化小的气体吸收更多的热量。这种理解可以解释高压过热蒸汽的低热函。注意,过热蒸汽即纯蒸汽加热的参数与饱和蒸汽的参数不同。


三、为什么温度会随着蒸汽压力的降低而降低?

在密闭空间中,压力越大,分子运动越剧烈,温度越高,反之亦然!


我们以零度盐水和零度冰块为例。


众所周知,零度盐水的蒸气压低于零度冰的蒸气压。


将零度冰块放入具有一定空间的密封容器中,并保持容器恒温为零。经过一段时间后,密封容器内的蒸气压就是冰块的饱和蒸气压,即空气中的水蒸气进入冰块。该速度等于冰块中的水分子进入空气的速度。


然后,快速将一杯盐水放在密闭容器的冰块一侧。


此时,盐水的蒸气压小于空气中的水蒸气压。水蒸气中的水分子进入盐水的速度大于盐水中的水分子进入空气的速度。总体水分子有从空气中进入盐水的趋势。结果,原来空气中的水蒸气压降低,冰块中的水分子进入空气的速度大于空气中的水分子进入冰块的速度。总体水分子有从冰块进入空气的趋势。


结果,冰块中的水分有逐渐通过空气进入盐水的趋势,直至冰块完全消失。总体而言,冰已经融化了。


我们知道,液体的凝固点温度是该物质的液态和固态能够共存且比例长期保持不变时的环境温度。在实验中,冰块转化为水,这意味着盐水的冰点低于零。


因此,溶液的凝固点定义为液体的蒸气压等于固体纯溶剂的蒸气压时体系的温度。因为如果在这个温度下进行上述实验,盐水和冰块不会相互转化,而是会长期共存。


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