hoctp ⮞Nhiệt kỹ thuật ⮞Hơi nước ⮞Quá trình hóa hơi đẳng áp

Quá trình hóa hơi đẳng áp

Nước ở dạng lỏng có thể chuyển thành hơi bằng cách bay hơi (khi sự hóa hơi chỉ xẩy ra trên mặt thoáng của nước) hay sôi (sự hóa hơi xẩy ra ngay cả bên trong khối chất lỏng). Trong kỹ thuật phương pháp thứ hai được sử dụng rộng rãi hơn. Ta hãy khảo sát quá trình này bằng thí nghiệm như sau:

Đổ nước vào xy lanh rồi đậy lại bằng pít tông, khối lượng pít tông dùng để duy trì một áp suất không đổi cho nước trong xy lanh. Cung cấp nhiệt cho xy lanh rồi ghi nhận diễn tiến và biểu diễn quá trình trên đồ thị `T–s` (Hình 1).

Hình 1 Quá trình hóa hơi đẳng áp

Ta có những ghi nhận như sau:

• Trong giai đoạn đầu tiên (đoạn ab), nhiệt độ nước còn thấp, nước ở dạng lỏng. Khi cung cấp nhiệt thì nhiệt độ xy lanh tăng dần lên.
• Đến một nhiệt độ nào đấy (điểm b) thì những giọt nước đầu tiên hóa thành hơi, quá trình hóa hơi bắt đầu.
• Khi tiếp tục cung cấp nhiệt thì lượng nước hóa hơi ngày càng nhiều (đoạn bcd). Nhưng trong suốt quá trình hóa hơi, nhiệt độ nước không thay đổi.
• Đến một lúc nào đấy (điểm d), những giọt nước cuối cùng cũng hóa thành hơi, toàn bộ nước trong xy lanh ở dạng hơi, quá trình hóa hơi chấm dứt.
• Khi tiếp tục cung cấp nhiệt thì nhiệt độ hơi nước trong xy lanh lại tiếp tục tăng (đoạn de).

Như vậy quá trình hóa hơi đẳng áp được biểu diễn bằng ba đoạn liên tiếp nhau: ab, bcd và de. Lặp lại thí nghiệm với những khối lượng pít tông khác nhau, tương ứng với những áp suất khác nhau, ta cũng thu được các đường ở những vị trí khác nhưng vẫn có dạng tương tự. Từ đó ta có nhận xét sau:

• Ứng với mỗi áp suất, nước sẽ sôi ở một nhiệt độ nhất định.
• Trong suốt quá trình sôi, nhiệt độ nước không thay đổi.
• Ở áp suất càng thấp, nhiệt độ sôi sẽ càng thấp.

Nếu ta nối tất cả các điểm b và các điểm d của những đường hóa hơi đẳng áp, ta được một đường cong hình quả chuông có hai nhánh gặp nhau ở điểm C. Đường cong này được gọi là đường cong bão hòa (hay đường bão hòa). Nó chia đồ thị ra làm ba vùng:

• Vùng bên trái đường bão hòa (đoạn ab) là vùng nước chưa sôi, nước ở dạng lỏng.
• Vùng bên phải đường bão hòa (đoạn de) là vùng hơi quá nhiệt, nước ở dạng hơi.
• Vùng bên trong đường bão hòa (đoạn bcd) là vùng hơi bão hòa ẩm, nước một hỗn hợp của hai dạng lỏng và hơi.
• Điểm b là điểm nước sôi, điểm d là điểm hơi bão hòa khô, điểm C là điểm tới hạn.

Một cách tương tự, ta thực hiện thí nghiệm với quá trình hóa hơi đẳng nhiệt và biểu thị những điều ghi nhận được trên đồ thị `p-v` (Hình 2). Quá trình hóa hơi đẳng nhiệt cũng gồm 3 đoạn ứng với 3 trạng thái của nước. Đoạn ab ứng với trạng thái nước chưa sôi, đoạn bcd ứng với quá trình hóa hơi của nước, đoạn de ứng với trạng thái hơi quá nhiệt. Ta cũng thu được đường bão hòa gồm hai nhánh và giao nhau tại điểm tới hạn C.

Hình 2 Đường bão hòa & quá trình hóa hơi đẳng nhiệt trên đồ thị `p-v`

Ghi chú

Với các chất khác, khi làm thí nghiệm, ta cũng thu được những đường băo hòa và các biểu đồ không gian tương tự. Với các chất khí thường gặp như O₂, N₂, CO₂ , H₂… ở trạng thái thông thường thì chúng ở khá xa đường bão hòa. Người ta cũng nhận xét thêm là càng xa đường bão hòa thì tính chất của khí càng giống khí lý tưởng. Vì thế người ta thường gọi trạng thái ở vùng xa đường bão hòa là trạng thái "khí", còn trạng thái khí ở vùng gần đường bão hòa là trạng thái "hơi".