Рис. 492. Образующиеся пары поднимают поршень. При этом производится работа против сил внешнего давления
546
этом работу против атмосферного давления. Эту работу легко подсчитать. Сделаем этот подсчет для воды, кипящей при нормальном давлении и, следовательно, при температуре 100 °С. Пусть поршень имеет площадь 100 см2. Так как нормальное атмосферное давление равно 1,013X105 Па, то на поршень действует сила 1,013•105 Па•0,01м2= 1013 Н. Если поршень поднимется на 0,1 м, будет произведена работа 1013 Н•0,1 м=101,3 Дж. При этом образуется 0,01•0,1=10-3 м3 пара. Плотность пара при 100 °С равна 0,597 кг/м3, поэтому масса пара равна 0,597•10-3 кг. Следовательно, при образовании 1 кг пара на работу против внешнего давления будет затрачено 101,3/(0,597•10-3)=170 кДж.
При испарении 1 кг воды при 100 °С расходуется 2250 кДж (удельная теплота парообразования). Из них 170 кДж затрачивается, как показывает наш подсчет, на работу против внешнего давления. Следовательно, остаток, равный 2250—170=2080 кДж, представляет собой приращение внутренней энергии 1 кг пара по сравнению с энергией 1 кг воды. Как видно, для воды большая часть теплоты при испарении идет на приращение внутренней энергии и лишь небольшая часть тратится на совершение внешней работы.
?297.1. Определите приращение внутренней энергии при испарении спирта, если известно, что плотность пара спирта при температуре кипения равна 1,6 кг/м3.
§ 298. Испарение при кривых поверхностях жидкости. Дохнем на какой-нибудь блестящий металлический предмет (например, на лезвие перочинного ножа) Мы увидим, что на лезвии осядут мелкие капельки влаги. Затем этот налет начнет исчезать по краям, как бы сбегая с лезвия: испарение происходит только у края жидкости, где поверхность ее имеет выпуклую форму.
Что же происходит в том случае, если поверхность жидкости имеет вогнутую форму, например вогнутый мениск в узких капиллярах, имеющихся в пористых материалах? В этом случае испарение жидкости затруднено. Это является одной из причин, почему дрова, даже совсем сухие, все же содержат значительное количество воды (около 12%), содержащейся в тонких каналах между волокнами дерева. Известно, что
Рис. 493. а) Если капля А частично испарится, то ее новая поверхность В меньше начальной. б) Если жидкость частично испарится внутри пузыря А, то поверхность нового пузыря В больше начальной далее