Бу машинасы, бу және олардың түрлері

Жоспар

Кіріспе

Негізгі бөлім

1. Бу және будың түрлері
2. Будың негізгі көрсеткіштері
3. Булану процесі

Қорытынды

Қолданылған әдебиеттер тізімі 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Кіріспе

• Бу – заттың газдық фазасы өзінің (сұйық фазасы (қатты)) фазасымен тепе – теңдікте болатын газ тәрізді күйі. Бу мен газ ұғымы, көп жағдайда,    бір – бірінен шартты түрде ғана ажыратылады.

Будың негізгі үш түрі қарастырылады. Олар:

• қаныққан бу;
• қанықпаған;
• аса қаныққан бу.

Ал, қосымша  булардың түрлерін атап өтетін болсақ. Оларға:

• аса қызған бу;
• атомдық бу;
• қыздырғыш бу;
• өткір бу.

   Аса қыған бу деп – ерілген қысымда  температурасы қанығу температурасынан жоғары болатын буды айтамыз.

   Атомдық бу – үлгінің құрамына кіретін заттарды атомдарға ыдырайтындай дәрежеде қыздырған кездегі күйі.

   Қыздырғыш бу – ыстық жылу тасымалдаушы ретінде пайдаланылатын су буы.

   Өткір бу – қыздырылатын сұйықтыққа тікелей жіберілетін қыздырғыш бу. 
 
 
 
 
 

 

1. Бу  және будың түрлері

 

     Бу – заттың газдық фазасы өзінің (сұйық фазасы (қатты)) фазасымен тепе – теңдікте болатын газ тәрізді күйі. Бу мен газ ұғымы, көп жағдайда,    бір – бірінен шартты түрде ғана ажыратылады. Термодинамика тұрғысынан “Бу” және “газ” терминдері бір – біріне пара – пар. Химиялық таза заттар Буының мынадай түрлері бар:

• қаныққан бу (қанығу температурасы мен қанығу қысымы кезіндегі бу, басқаша айтқанда, заттың Буы өзінің сұйық немесе қатты күйімен жылжымалы тепе – теңдікте болатын күйі және оның қасиеттері тек температурамен ғана анықталады);
• қанықпаған (қызған) бу (берілген қысымда температурасы қанығу температурасынан жоғары болатын Бу, яғни тығыздығы қаныққан будан кем болатын Бу);
• аса қаныққан бу (берілген температурадағы қысымы қанығу қысымынан үлкен болатын бу).

     Жылулық қозғалыс әсерiнен пайда болатын  кинетикалық энергияның артықтығынан қашанда молекуланың жеке бөлшектерiнiң  сұйық бетiнен бөлiнiп шыға алады. Заттың сұйық күйден газ күйiне өту  процесiн буға айналу деп атайды. Неғұрлым сұйықтың температурасы жоғары болса, соғұрлым сұйық тезiрек буға айналады.

     Буға  айналудың екi түрi бар: булану және қайнау. Кез келген температурада және тек сұйық бетiнен шығып бу күйiне айналуды – булану деп атайды. Бу – буланудың әсерiнен пайда болатын газ. Булану барысында сұйық салқындайды.

     Буланған  молекулалардың белгiлi бiр бөлiгi хаостық (ретсiз) қозғалыс жасай отырып қайтадан сұйық бетiне түсуi және оның молекулаларына айналуы керек. Соныменен, булану процессiмен қатар бiрмезгiлде конденсация деп аталатын керi процесс те жүредi.

     Конденсация – бұл заттың салқындау немесе сығылуының салдарынан газ тектес күйден сұйық күйге айналу процессi. Сұйық бетiндегi будың қысымы неғұрлым жоғары болса, сол температурада конденсацияға ұшырайтын молекулалар саны да соғұрлым көп болады.

     Бетi ашық ыдыстағы сұйықтың булану процесi конденсация процесiнен басым  болып келедi. Ал бетi жабық ыдыста сұйық пен будың арасында, булану процесi мен конденсация процесстерi бiрiн-бiрi толықтыратындай, динамикалық тепе – теңдiк орнайды. Өз сұйығымен динамикалық тепе-теңдiкте болатын буды қаныққан бу деп атайды.

     Температура тұрақты болған жағдайда қаныққан будың қысымы оның алатын көлемiне байланысты болмайды.

     Егер  сұйықтың булануы конденсациядан басым  болса немесе сұйық толық буланып  кетсе, онда оның устiндегi буды қанықпаған бу деп атайды. Буларға, тек бу қанықпай тұрған жағдайда ғана, идеалды газдар үшiн орныққан заңдарды қолдануға болады.

     Көлем тұрақты болған жағдайда қаныққан будың қысымы температураға өте қатты тәуелдi болады, сондықтан Шарль заңын қаныққан буға қолдануға болмайды. Температура жоғарлаған сайын, будың конденсациялануына қарағанда, сұйық тезiрек буланады. Қысымның күрт өсуiне негiзiнен будың тығыздығының ұлғаюы тiкелей әсерiн тигiзедi.

     Қайнау – бұл тек қана ашық беттегi сұйықтың интенсивтi булануы емес, сонымен қатар бу көпiршiктерiн түзетiн қуыс көлемiндегi сұйықтың да интенсивтi булануы.

     Егер  сұйық бiрқалыпты қыздырылмаған  болса, онда су көпiршiктерi қалқып шыққан кезде олардың iшiндегi қысым бу конденсациясының есебiнен азаяды да, көпiршiктер жарылып кетедi. Ал сұйық жеткiлiктi қыздырылған болса, онда көпiршiктер жарылуын тоқтатады да, сұйық бетiне еркiн қалқып шығады. Сұйық қайнайды (1 – сурет).

     Көпiршiк iшiндегi қысым үш қосылғыш арқылы анықталады: p = p₀ + ρgh + 2σ/r , мұндағы p₀ - сыртқы қысым, ρgh - биiктiгi h болатын сұйықтың жоғарғы қабаттарының гидростатикалық қысымы, 2σ/r – радиусы r болатын көпiршiк бетiнiң майысуына(қисаюына) байланысты өзгеретiн қысым, ρ және σ – сұйықтың тығыздығы және беттiк керiлу коэффициентi. Мына төмендегi шарт орындалған кезде сұйық қайнай бастайды.  

p_k≥p₀+ρgh+2σ/r. 

     мұндағы p_k – қаныққан будың қысымы. Әдетте 2σ/r<<p₀ және ρgh<<p₀. Бұдан, былай болатындығы шығады:  

p_k≥p₀ . 
 

 

1 – сурет.  Қайнау кезіндегі бу. 

     Сонымен, барлық сұйықтың температурасы бiрдей, ал қаныққан будың қысымы әдетте оның бетiне түсiрiлген сыртқы қысымға тең немесе сол қысымнан сәл артық болған жағдайда сұйық қайнай бастайды.

     Сұйықтың  қаныққан буының қысымы сыртқы қысымға  тең болғандағы сұйықтың температурасы  қайнау температурасы деп аталады. Атмосфералық қысымның қалыпты жағдайындағы сұйықтың қайнау температурасы қайнау нүктесi деп аталады.

     Су  бетiне түсiрiлген сыртқы қысымның өсуiмен бiрге қайнау температурасы жоғарлайды да, қысымның азаюына байланысты температурасы төмендейдi. Барлық басқа шарттары бiрдей болған жағдайда да, әр түрлi сұйықтардың қайнау температуралары әртүрлi болып келедi. 

2. Будың негізгі көрсеткіштері

 

     Қаныққын  будың қасиеті, екі негізгі көрсеткіштерімен сипатталады: қысым Р немесе температура t_н жэне құрғақтық дәрежесі х. Қысым немесе оның температурасына сәйкес, құрғақ қаныққан бу көлемімен V анықталады. Белгілі құрғақтық дәрежесі х бойынша, берілген қаныққан будың меншікті көлемін Vx табу үшін, ізделінетін меншікгі көлем, құрғақ будың меншікті көлемімен xV және қайнаған сүйықтың (1-х) V' меншікті көлемдерінен тұрады, яғни: 

     V_x=(1-x) V'+xV. 

     Меншікті  көлемдері V' жэне V", сол белгілі  қысымға арналғанын кестеден алады.

     Аз  қысым кезінде және жоғарғы шамадағы құрғақтық дәрежесін х, сүйық  орналасқан сұйықтың келемін есепке алмаса да болады. Онда шамамен былай анықтайды: 

V_х+xV'' 

немесе  құрғақтық дәрежесін: 

х = V_х/V". 

     Сонымен, қаныққан будың жағдайы болып, берілген қысым бойынша, құрғақтық дәрежесі жатады, сонымен қатар, екі басқа бағынышсыз көрсеткіштердің ішіндегі өзгергіштер р, t, v, х, олардың бір біріне байланыстығыларынан басқа р, t жатады да олар анықталуы мүмкін.  

3. Булану  процесі.

 

     Булану – заттың сұйық немесе қатты агрегаттық күйден газ тәрізді (бу) күйге (бірінші текті фазалық ауысу) ауысу процесі.

     Cуқойманың су беті ылғалының булану арқылы атмосфераға көтеріліп, одан жауын-шашын түрінде қайта түсуі. Ылғалы мол аймақтардағы жауын-шашын қабаты булану қабатынан артып кетеді, сондықтан атмосферамен ылғал алмасу теңдестігінің оң (болымды), ал ылғал жетіспейтін аймақтардағы бұған керісінше жағдай; ылғал алмасу теңдестігінің теріс (болымсыз) құбылысы деп аталады;

     Cудың сұйық немесе қатты күйден газға (буға) айналу процесі, сұйықтықтан қоршаған кеңістікке өткен молекулалар саны мен беттің қайтадан жұтқан молекулалар саны арасындағы айырма. Кері жағдай, яғни бетте қайта жұтылған сұйықтық молекулаларының саны одан бөлінген молекулалар санынан көп болса, онда оны конденсация дейді. Қар мен мүз бетінен булануды немесе қатты фазадан сұйық фазаны айналып газ күйіне өтуді төте булану десе, ал қар бетіндегі сұйық фазаны айналып өтетін конденсацияны — сублимация дейді. Су беті немесе топырақтан булануды физикалық булану, ал өсімдікгер транспирациясын биологиялық булану деп бөледі.

     Қатты дененің булануы сублимация деп аталады. Булану процесі кез келген температурада жүруі мүмкін, бірақ ол температура жоғарылаған сайын тезірек өтеді. Жабық ыдыстағы булану процесі сұйықтықтың не қатты дененің үстіндегі кеңістік қаныққан буға толғанша тұрақты температурада жүреді. Қаныққан будың қысымы тек температураға ғана тәуелді және ол температура жоғарылаған сайын артып отырады. Егер қаныққан будың қысымы сыртқы қысымға тең не артық болса, онда булану қайнау процесіне айналады. Қайнаудың ең жоғары температурасы берілген заттың алмағайып температурасы болып есептеледі. Одан жоғары температурада сұйықтық пен будың арасындағы тепе-теңдік күй сақталмайды. Сұйықтық буға айналуы үшін оның құрамындағы молекулалар ілініс күшін жеңуі керек. Осы күшті жеңуге (шығу жұмысы) және түзілген сыртқы будың қысымын жеңуге жұмсалатын жұмыс молекулалардың жылулық қозғалысының кинетикалық энергиясы есебінен атқарылады. Булану салдарынан сұйықтықтың температурасы төмендеп, салқындайды, сондықтан Булану процесі тұрақты температурада жүруі үшін оған үнемі жылу беріп отыру керек. Заттың бірлік массасын тұрақты температурада буға айналдыруға қажетті жылу мөлшері булану жылуы деп аталады. Булану процесі техникада (іштен жанатын қозғалтқышта, салқындатқыш қондырғыларда, т.б.) кеңінен қолданылады. Булану табиғаттағы ылғал алмасудың негізі болып табылады.

     Булану  өлшегіштері – су бетінен булануды өлшеу үшін қолданылатын аспаптардың толық жинағы. Мұндай толық жинаққа буландырғыш ГГИ-3000, жер бетіндік көлемдік бюретка, өлшегіш түтік кіреді.

     Будың мұздануы (Сублимация):

     1) су буының (сұйық су фазасын аттап өтіп) тікелей мұзға айналуы;

     2) қыздыруда заттектердің қатты денеден тікелей газ тәріздес күйге айналуы (сұйық күйді аттап етуі).

     Буланғыштық – белгілі бір метеорологиялық жағдайда жеткілікті ылғалданған, төселген беттен мүмкін болатын ең көп булану (буландыру бетіне су беру жылдамдығы қанша үлкен болса да) шамасы. Әдетте, Буланғыштық шамасы ретінде су бетінен булану мөлшерін немесе тұрақты толық ылғалданған топырақ бетінен булану шамасын алады. Суқойма бетінен буланған су қабатының қалыңдығымен (мм) өлшенеді. Топырақ пен өсімдік бетінен (әсіресе шөлдерде) буланудан айтарлықтай дәрежеде ерекшеленуі мүмкін.