تبلیغات
وبلاگ بروبچه های مهندسی شیمی بروجرد - نمودارهای ترمودینامیکی
تاریخ : دوشنبه 2 بهمن 1391 | 01:47 ب.ظ | نویسنده : مهدی کرمی
بدردتون میخوره حتما ببینید ...

ابتدا به تعریف اصطلاحات ترمودینامیکی پرداخته شده که در مطالب بعدی از ان ها نام برده شده است.یادگیری این تعریفات پیش زمینه مطالب بعدی است.


---------------------------------------------------------------

حالت ترمودینامیکی (Thermodynamic state)

هر فاز دارای فشار و درجه حرارتی است.این وضعیت را حالت ترمودینامیکی می نامند.

فرایند (Process)
مکان هندسی نقاطی است که سیستم در حین تغییر حالت از ان ها عبور می کند.

فاز (Phase)
بخشی از ماده که همگن باشد و خواص فیزیکی یکسان داشته باشد.

سیستم (System)
مجموعه ای از فضا که ان را مورد بررسی قرار داده و ذهنمان را به ان معطوف می کنیم.

مرز سیستم (Boundary)
دیواره ای حقیقی یا خیالی که سیستم را از محیط جدا می کند.

محیط (Surrounding)
انچه پیرامون سیستم قرار می گیرد و می تواند با سیستم مبادله انرژی داشته باشد.

حجم مخصوص (Specific volume)
نسبت حجم به جرم را حجم مخصوص می نامند.

حالت اشباع (Saturation state)
وقتی ماده در دما و فشار اشباع باشد ان را در حالت اشباع می نامند.

دمای اشباع (Saturation temprature)

دمایی که در ان در فشار مشخص مایع به صورت اشباع در می اید.

بخار اشباع (Saturation vapor)
وقتی دمای بخار به حدی باشد که با کاهش یک اپسیلن از دمای ان اولین قطره مایع حاصل شود بخار را در حالت اشباع می نامند.

مایع اشباع (Saturated liquid)
وقتی دمای مایع به حدی باشد که با اضاف شدن یک اپسیلن به دمای ان اولین حباب بخار حاصل شود مایع را در حالت اشباع می نامند.

بخار ما فوق داغ (Superheated steam)
وقتی بخار در فشار اشباع خود درجه حرارتی بالاتر از درجه حرارت اشباع داشته باشد ان را بخار ما فوق داغ می نامند.

مایع متراکم(compressed liquid
)
وقتی مایع در فشار اشباع خود درجه حرارتی پایین تر از درجه حرارت اشباع داشته باشد ان را مایع مادون سرد یا مایع متراکم می نامند.

نقطه بحرانی (Critical point)
نقطه ای است با دما و فشار معین برای هر ماده که در ان فاز مایع به طور ناگهانی تبدیل به فاز بخار می شود. به عبارتی در حرارت دادن به مایع تحت فشار بحرانی فاز مایع و بخار همزمان نمی توانند وجود داشته باشند.



تعریف برخی از اصطلاحات بالا را در تصاویر زیر هم می توانید ببینید:

سیستم ، مرز سیستم و محیط



بخار اشباع و مایع اشباع


--------------------------------------------------------------------------------------



در سیلندر 1 مقداری مایع با فشار مشخص وجود دارد.با حرارت دادن به این سیستم مقداری از مایع به بخار تبدیل می شود.(سیلندر 2) با حرارت دادن بیشتر تمام مایع تبدیل به بخار می شود(سیلندر 3).

در ادامه این حالات و نمودار های مربوطه را بررسی می کنیم.
نمودار درجه حرارت – حجم

در این نمودار محور عمودی نشان دهنده درجه حرارت و محور افقی بیانگر حجم است.یک نقطه روی این نمودار به صورت (T,P) نشان داده می شود.وقتی یک نقطه روی این نمودار اختیار می شود بیانگر حالت سیستم است در ان دما و فشار مشخص.و بلعکس می توان حالت سیستم را به صورت نقطه روی نمودار نشان داد.نقطه می تواند در داخل منحنی یا در اطراف ان باشد که هر محل نشان دهنده حالتی خاص از ماده است.




حالت A را روی نمودار به عنوان حالت اولیه مایع درون سیلندر 1 با دمای 20 درجه سانتی گراد و فشار 0.1 مگاپاسکال فرض کنید.با حرارت دادن به سیلندر تحت فشار ثابت دمای سیستم بالا میرود و اندکی انبساط رخ میدهد.اما حجم مخصوص مایع تغییر چندانی نمی کند.حرارت دادن را تا رسیدن به نقطه B ادامه می دهیم.در این حالت مایع به حالت اشباع در امده است و دمای اشباع ان در فشار ذکر شده برابر 99.6 درجه سانتیگراد می باشد. از این پس با حرارت دادن به مایع همانطور که در نمودار مشاهده می کنید دمای مایع تغییری نمی کند بلکه طی فرایند BC حرارت اضاف شده صرف تغییر فاز مایع به فاز بخار می شود.در این جا حجم مخصوص با سرعت افزایش می یابد.این فرایند را در سیلندر 2 می توانید مشاهده کنید.با رسیدن به نقطه C در سیلندر بخار اشباع داریم.با حرارت دادن بیشتر به سیستم بخار تحت فرایند CD به بخار ما فوق گرم تبدیل می شود و دما و حجم و حجم مخصوص ان افزایش می یابد.فرایند ABCD را می توان فرایند تبدیل مایع متراکم به بخار ما فوق داغ دانست و بلعکس ان فرایند DCBA فرایند تبدیل بخار مافوق داغ به مایع متراکم.

حال بیایید همین روند را برای فشاری دیگر(پایین تر از فشار بحرانی) بررسی کنیم.در نمودار فرایند برای فشار 10 مگاپاسکال رسم شده است.دمای اولیه سیستم را همان 20 درجه در نظر بگیرید.به سیلندر حرارت می دهیم.مایع از حالت اولیه خود به نقطه F یعنی به شرایط مایع اشباع می رسد.چون در این فرایند مقدار فشار افزایش یافته است پس به حرارت بیشتری برای رسیدن به حالت اشباع نیاز است و در نتیجه دما افزایش می یابد.در مسیر FG ماده دو فازی مایع-بخار با گرفتن حرارت به حالت بخار اشباع شده می رسد.دی این حالت مثل فرایند قبل در سیلندر فقط بخار داریم.از اینجا به بعد با گذشت زمان و انتقال حرارت بیشتر به سیستم بخار به بخار مافوق داغ تبدیل می شود.
اگر فشار سیلندر را تا 22.09 پاسکال افزایش دهیم دیگر فرایند تبخیر اتفاق نمی افتد.با دادن حرارت به سیستم فرایند از حالت I شروع می شود و در نقطه J به طور ناگهانی به فاز بخار تبدیل می شود.نقطه J را نقطه بحرانی می نامند.در این نقطه ماده در دما و فشار بحرانا خود قرار دارد.این دما و فشار را با اندیس c نشان می دهند.دمای بحرانی برای اب در فشار 22.09 پاسکال برابر با 374.14 درجه سانتیگراد است.در نقطه بحرانی مایع اشباع و بخار اشباع با هم معادلند.

حال اگر فشار را از این مقدار افزایش دهیم فشار فوق بحرانی حاصل می شود.در فشار فوق بحرانی هرگز مایع و بخار با هم وجود ندارد و همواره فقط یک فاز وجود دارد.در این فشار ها نمی توان گفت چه موقع مایع و چه موقع بخار وجود دارد.در این حالت ماده را فقط سیال می نامیم.

در شکل دو منحنی BFJ و CGJ وجود دارد.این دو منحنی به ترتین نشانگر مایع اشباع و بخار اشباع اند.در صورتی که خواص یک ماده به گونه ای باشد که روی این دو منحنی قرار گیرد ان ماده را مایع اشباع یا بخار اشباع (بر حسب قرار گیری روی یکی از منحنی ها) می نامند.

بر روی منحنی مایع اشباع کیفیت برابر صفر و روی منحنی بخار اشباع کیفیت برابر یک است.


کیفیت برابر جرم بخار موجود به جرم کل سیستم است که اغلب به صورت درصد بیان می شود.



بیایید سه سیلندر بالا را بیشتر مورد بررسی قرار دهیم.

در سیلند 1 فاز مایع وجود دارد.فرض کنید 1 کیلوگرم مایع در دمای 30 درجه و فشار 0.1 مگاپاسکال است.با حرارت دادن به این سیلند دمای مایع افزایش می یابد.جرم سیستم ثابت است.چون با حرارت دادن حجم به مقدار کمی تغییر می کند حجم مخصوص به اهستگی افزایش می یابد. با حرارت دادن فشار به مقدار کم افزایش می یابد.این افزایش فشار سبب افزایش حجم سیستم می شود و در نتیجه فشار نیز در این فرایند ثابت می یابد.

سیلندر را تا رسیدن به دمای اشباع حرارت می دهیم.هنگامی که اولین حباب بخار ظاهر شد سیستم در حالت اشباع قرار دارد.در این هنگام با حرارت دادن بیشتر و بخار شدن مایع حجم با سرعت بیشتری افزایش می یابد و در نتیجه سرعت افزایش حجم مخصوص نیز زیاد می شود.دمای سیستم تا زمانی که در حالت اشباع هستیم ثابت می ماند و حرارت داده شده صرف تغییر فاز می شود.در این فرایند کیفیت تعریف می شود و مقدار ان از صفر یعنی زمانی که به دمای اشباع می رسیم تا یک یعنی زمانی که اخرین مولکول مایع تبخیر می شود تغییر می کند.

اکنون که اخرین مولکول مایع تبخیر شده در سیلندر فقط بخار وجود دارد.با حرارت دادن بیشتر دما و حجم و در پی ان حجم مخصوص سیستم افزایش می یابد و بخار به بخار مافوق داغ تبدیل می شود.

توجه داشته باشید که کیفیت فقط برای حالت دوفازی تعریف می شود .

برچسب ها: نمودار، ترمودینامیکی،

پیچک