Несложный для понимания, важный для применения: механизм испарения

Осложнения искусственного дыхания

Осложнения вследствие искусственного дыхания возникают относительно редко и в том случае, если пациент находится на искусственной вентиляции легких в течение длительного времени. Чаще всего нежелательные последствия касаются дыхательной системы. Так, из-за неправильно выбранного режима могут развиваться респираторный ацидоз и алкалоз. Помимо этого, длительное искусственное дыхание может вызывать развитие ателектазов, поскольку нарушается дренажная функция дыхательных путей. Микроателектазы в свою очередь могут стать предпосылкой для развития пневмонии. Профилактические меры, которые помогут избежать возникновения подобных осложнений, — это тщательная гигиена дыхательных путей.

Если пациент в течение длительного времени дышит чистым кислородом, это может спровоцировать возникновение пневмонита. Концентрация кислорода поэтому не должна превышать 40-50%.

У пациентов, у которых была диагностирована абсцедирующая пневмония, при искусственном дыхании могут возникать разрывы альвеол.

Источники

1. Бурлаков Р.И. Искусственная вентиляция легких (принципы, методы, аппаратура) / Р.И. Бурлаков, Ю.Ш. Гальперин, В.М. Юревич. – М.: Медицина, 1986. – 240 с.

Больше свежей и актуальной информации о здоровье на нашем канале в Telegram. Подписывайтесь: https://t.me/foodandhealthru

Автор статьи:

Извозчикова Нина Владиславовна

Специальность: инфекционист, гастроэнтеролог, пульмонолог.

Общий стаж: 35 лет.

Образование: 1975-1982, 1ММИ, сан-гиг, высшая квалификация, врач-инфекционист.

Другие статьи автора

Будем признательны, если воспользуетесь кнопочками:

Показания и противопоказания

Показанием для применения ИД являются все случаи, когда объем спонтанной вентиляции легких является слишком низким для того, чтобы обеспечить нормальный газообмен. Такое может произойти при многих как срочных, так и плановых ситуациях:

1. При расстройствах центральной регуляции дыхания, вызванных нарушением мозгового кровообращения, опухолевыми процессами мозга или его травмой.
2. При медикаментозных и других видах интоксикаций.
3. В случае поражения нервных путей и нервно-мышечного синапса, который могут спровоцировать травма шейного отдела позвоночника, вирусные инфекции, токсический эффект некоторых лекарственных средств, отравление.
4. При заболеваниях и повреждениях дыхательных мышц и грудной стенки.
5. В случаях поражений легких как обструктивного, так и рестриктивного характера.

О необходимости использовать искусственное дыхание судят, исходя из сочетания клинических симптомов и внешних данных. Изменение величины зрачков, гиповентиляция, тахи- и брадисистолия являются состояниями, при которых необходима искусственная вентиляция легких. Помимо этого, искусственное дыхание требуется в тех случаях, когда спонтанную вентиляцию легких «выключают» с помощью введенных с медицинской целью миорелаксантов (например, во время наркоза при оперативном вмешательстве или во время интенсивной терапии судорожного синдрома).

Что касается случаев, когда ИД проводить не рекомендуется, то абсолютных противопоказаний не существует. Есть лишь запреты на использование определенных методов искусственного дыхания в том или ином случае. Так, например, если затруднен венозный возврат крови, противопоказаны режимы искусственного дыхания, которые провоцируют еще большее его нарушение. При травме легких под запретом находятся методы вентиляции легких, основанные на вдувании воздуха с высоким давлением и т. д.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Испарение и кипение — два процесса превращения вещества из одного агрегатного состояния в другое. Общей характеристикой этих процессов является то, что оба они

А. Представляют собой процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное Б. Происходят при определённой температуре

Правильный ответ

1) только А 2) только Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б

2. Испарение и кипение — два процесса перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое. Различие между ними заключается в том, что

А. Кипение происходит при определённой температуре, а испарение — при любой температуре. Б. Испарение происходит с поверхности жидкости, а кипение — во всём объёме жидкости.

Правильным(-и) является(-ются) утверждение(-я)

1) только А 2) только Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б

3. При нагревании вода превращается в пар той же температуры. При этом

1) увеличивается среднее расстояние между молекулами 2) уменьшается средний модуль скорости движения молекул 3) увеличивается средний модуль скорости движения молекул 4) уменьшается среднее расстояние между молекулами

4. В процессе конденсации водяного пара при неизменной его температуре выделилось некоторое количество теплоты. Что произошло с энергией молекул водяного пара?

1) изменилась как потенциальная, так и кинетическая энергия молекул пара 2) изменилась только потенциальная энергия молекул пара 3) изменилась только кинетическая энергия молекул пара 4) внутренняя энергия молекул пара не изменилась

5. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени при её охлаждении и последующем нагревании. Первоначально вода находилась в газообразном состоянии. Какой участок графика соответствует процессу конденсации воды?

1) АВ 2) ВС 3) CD 4) DE

6. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени. В начальный момент времени вода находилась в газообразном состоянии. В каком состоянии находится вода в момент времени ​\( \tau_1 \)​?

1) только в газообразном 2) только в жидком 3) часть воды в жидком состоянии, часть — в газообразном 4) часть воды в жидком состоянии, часть — в кристаллическом

7. На рисунке приведён график зависимости температуры спирта от времени при его нагревании и последующем охлаждении. Первоначально спирт находился в жидком состоянии. Какой участок графика соответствует процессу кипения спирта?

1) АВ 2) ВС 3) CD 4) DE

8. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы превратить в газообразное состояние 0,1 кг спирта при температуре кипения?

1) 240 Дж 2) 90 кДж 3) 230 кДж 4) 4500 кДж

9. В понедельник абсолютная влажность воздуха днём при температуре 20 °С была равной 12,8 г/см3. Во вторник она увеличилась и стала равной 15,4 г/см3. Выпала ли роса при понижении температуры до 16 °С, если плотность насыщенного пара при этой температуре 13,6 г/см3?

1) не выпала ни в понедельник, ни во вторник 2) выпала и в понедельник, и во вторник 3) в понедельник выпала, во вторник не выпала 4) в понедельник не выпала, во вторник выпала

10. Чему равна относительная влажность воздуха, если при температуре 30 °С абсолютная влажность воздуха равна 18·10-3 кг/м3, а плотность насыщенного пара при этой температуре 30·10-3 кг/м3?

1) 60% 2) 30% 3) 18 % 4) 1,7 %

11. Для каждого физического понятия из первого столбца подберите соответствующий пример из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ A) физическая величина Б) единица физической величины B) прибор для измерения физической величины

ПРИМЕРЫ 1) кристаллизация 2) джоуль 3) кипение 4) температура 5) мензурка

12. На рисунке приведены графики зависимости от времени температуры двух веществ одинаковой массы, находившихся первоначально в жидком состоянии, получающих одинаковое количество теплоты в единицу времени. Из приведённых ниже утверждений выберите правильные и запишите их номера.

1) Вещество 1 полностью переходит в газообразное состояние, когда начинается кипение вещества 2 2) Удельная теплоёмкость вещества 1 больше, чем вещества 2 3) Удельная теплота парообразования вещества 1 больше, чем вещества 2 4) Температура кипения вещества 1 выше, чем вещества 2 5) В течение промежутка времени ​\( 0-t_1 \)​ оба вещества находились в жидком состоянии

Часть 2

13. Какое количество теплоты необходимо для превращения в стоградусный пар 200 г воды, взятой при температуре 40 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь.

Приложения

• Промышленные применения включают множество процессов печати и нанесения покрытий ; восстановление солей из растворов; и сушку различных материалов, таких как пиломатериалы, бумага, ткань и химикаты.
• Использование испарения для сушки или концентрирования образцов является обычным подготовительным этапом для многих лабораторных анализов, таких как спектроскопия и хроматография. Системы, используемые для этой цели, включают роторные испарители и центробежные испарители.
• . Когда одежда вешается на веревку для стирки, даже если температура окружающей среды ниже точки кипения воды, вода испаряется. Этому способствуют такие факторы, как низкая влажность, жара (от солнца) и ветер. В сушилке для одежды горячий воздух пропускается через одежду, позволяя воде испаряться очень быстро.
• Matki / Matka, традиционный индийский контейнер из пористой глины, используемый для хранения и охлаждения воды и других жидкостей.
• botijo ​​, традиционный испанский контейнер из пористой глины, предназначенный для охлаждения содержащейся воды путем испарения.
• Испарительные охладители, которые могут значительно охладить здание, просто обдув сухим воздухом через фильтр, насыщенный водой.

Испарение при сгорании

Топливо капли испаряются, поскольку они получают тепло, смешиваясь с горячими газами в камере сгорания. Тепло (энергия) также может быть получено из любого излучения горячей огнеупорной стенки камеры сгорания.

Испарение перед сгоранием

Двигатели внутреннего сгорания полагаются на испарение топлива в цилиндрах для образования топливно-воздушной смеси для хорошего сгорания. Химически правильная топливно-воздушная смесь для полного сжигания бензина составляет 15 частей воздуха на одну часть бензина или 15/1 по весу. Если изменить это на объемное соотношение, получится 8000 частей воздуха на одну часть бензина или 8000/1 по объему.

Осаждение пленки

Тонкие пленки могут быть нанесены путем испарения вещества и его конденсации на подложке или путем растворения вещества в растворителе с тонким распределением полученного раствора. над подложкой и выпарив растворитель. Уравнение Герца – Кнудсена часто используется для оценки скорости испарения в этих случаях.

Особенности процедуры у детей

При проведении искусственной вентиляции малышам до одного года используют технику изо рта в рот и нос. Если ребенок старше года, используется метод изо рта в рот.

Маленьких пациентов также располагают на спине. Малышам до года под спину кладут сложенное одеяло или слегка приподнимают верхнюю часть туловища, подведя под спину руку. Голову запрокидывают.

Оказывающий помощь делает неглубокий вдох, герметично охватывает губами рот и нос ребенка (если малышу не исполнилось года) или только рот, после чего вдувает воздух в дыхательные пути. Объем вдуваемого воздуха должен быть тем меньше, чем младше юный пациент. Так, в случае реанимации новорожденного он составляет всего лишь 30-40 мл.

Если в дыхательные пути поступает достаточный объем воздуха, появляются движения грудной клетки. Необходимо убедиться после вдоха, что грудная клетка опускается. Если вдуть в легкие малыша слишком большой объем воздуха, это может стать причиной разрыва альвеол легочной ткани, вследствие чего воздух выйдет в плевральную полость.

Частота вдуваний должна соответствовать частоте дыхания, которая имеет свойство уменьшаться с возрастом. Так, у новорожденных и детей до четырех месяцев частота вдохов-выдохов составляет сорок в минуту. От четырех месяцев до полугода этот показатель составляет 40-35. В период от семи месяцев до двух лет — 35-30. С двух до четырех лет он сокращается до двадцати пяти, в период от шести до двенадцати лет — до двадцати. Наконец, у подростка в возрасте от 12 до 15 лет частота дыхания составляет 20-18 вдохов-выдохов в минуту.

Значение фотосинтеза

В процессе фотосинтеза энергия света заключается в энергию химических связей органических веществ. Поэтому фотосинтез служит первичным источником почти всей энергии, используемой живыми организмами в процессе жизнедеятельности. Практически все живые организмы, за исключением хемосинтетиков, так или иначе пользуются теми продуктами, что выделяются при фотосинтезе.

За счёт фотосинтеза сформировалась и поддерживается пригодная для дыхания атмосфера с высоким содержанием кислорода. 

Фиксация углекислого газа в ходе фотосинтеза служит главным местом входа неорганического углерода в биогеохимический цикл. Также ассимиляция CO2 препятствует перегреву Земли, предотвращая парниковый эффект.

Что такое фотосинтез

Фотосинтез — процесс, при котором в клетках, содержащих хлорофилл, под действием энергии света образуются органические вещества из неорганических. При фотосинтезе растение поглощает углекислый газ и воду, синтезирует органические вещества и выделяет кислород, как побочный продукт фотосинтеза.

Процессы фотосинтеза идут в тканях, содержащих хлоропласты, — преимущественно, в листе, на который приходится большая часть процессов фотосинтеза. Такая ткань называется хлоренхима, или мезофилл. 

Строение хлоропластов

Чтобы понять, что происходит в растении при фотосинтезе, изучим подробнее хлоропласты. Хлоропласты — это особые пластиды растительных клеток, в которых происходит фотосинтез. Основные элементы структурной организации хлоропластов высших растений представлены на рис.1.

Рис.1. Строение хлоропласта высших растений

Хлоропласт — это двумембранный органоид. Внешняя мембрана проницаема для большинства органических и неорганических соединений. Она содержит специальные транспортные белки, благодаря которым нужные для работы хлоропласта пептиды и другие вещества попадают в него из цитоплазмы. Внутренняя мембрана обладает избирательной проницаемостью и способна контролировать, какие именно вещества попадут во внутреннее пространство хлоропласта.

Для хлоропластов характерна сложная система внутренних мембран, позволяющая пространственно организовать фотосинтетический аппарат, упорядочить и разделить реакции фотосинтеза, несовместимые между собой, и их продукты. Мембраны образуют тилакоиды, которые, в свою очередь, собираются в «стопки» — граны. Пространство внутри тилакоидов называется внутритилакоидным пространством, или люменом. 

Внутреннее пространство хлоропласта между гранами заполняет строма — гидрофильный слабоструктурированный матрикс. В строме содержатся необходимые для реакций синтеза сахаров ферменты, а также рибосомы, кольцевая молекула ДНК, крахмальные зёрна.

Конденсация.

Конденсация (от лат. condensatio — уплотнение, сгущение) — переход вещества из газообраз­ного состояния (пара) в жидкое или твердое состояние.

Известно, что при наличии ветра жидкость испаряется быстрее. Почему? Дело в том, что од­новременно с испарением с поверхности жидкости идет и конденсация. Конденсация происходит из-за того, что часть молекул пара, беспорядочно перемещаясь над жидкостью, снова возвраща­ется в нее. Ветер же выносит вылетевшие из жидкости молекулы и не дает им возвращаться.

Конденсация может происходить и тогда, когда пар не соприкасается с жидкостью. Именно конденсацией объясняется, например, образование облаков: молекулы водяного пара, поднима­ющиеся над землей, в более холодных слоях атмосферы группируются в мельчайшие капельки воды, скопления которых и представляют собой облака. Следствием конденсации водяного пара в атмосфере являются также дождь и роса.

При испарении жидкость охлаждается и, став более холодной, чем окружающая среда, начи­нает поглощать ее энергию. При конденсации же, наоборот, происходит выделение некоторого количества теплоты в окружающую среду, и ее температура несколько повышается. Количество теплоты, выделяющееся при конденсации единицы массы, равно теплоте испарения.

Явление превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием. Парообразование может осуществляться в виде двух процессов: испарение и кипение.

Испарение

Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре. Так, лужи высыхают и при 10 °С, и при 20 °С, и при 30 °С. Таким образом, испарением называется процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий с поверхности жидкости при любой температуре.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества испарение жидкости объясняется следующим образом. Молекулы жидкости, участвуя в непрерывном движении, имеют разные скорости. Наиболее быстрые молекулы, находящиеся на границе поверхности воды и воздуха и имеющие сравнительно большую энергию, преодолевают притяжение соседних молекул и покидают жидкость. Таким образом, над жидкостью образуется пар.

Поскольку из жидкости при испарении вылетают молекулы, обладающие большей внутренней энергией по сравнению с энергией молекул, остающихся в жидкости, то средняя скорость и средняя кинетическая энергия молекул жидкости уменьшаются и, следовательно, температура жидкости уменьшается.

Скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости. Так, скорость испарения эфира больше, чем скорость испарения воды и растительного масла. Кроме того, скорость испарения зависит от движения воздуха над поверхностью жидкости. Доказательством может служить то, что бельё сохнет быстрее на ветру, чем в безветренном месте при тех же внешних условиях.

Скорость испарения зависит от температуры жидкости. Например, вода при температуре 30 °С испаряется быстрее, чем вода при 10 °С.

Хорошо известно, что вода, налитая в блюдце, испариться быстрее, чем вода такой же массы, налитая в стакан. Следовательно, скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости.

Конденсация

Процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией.

Процесс конденсации происходит одновременно с процессом испарения. Молекулы, вылетевшие из жидкости и находящиеся над её поверхностью, участвуют в хаотическом движении. Они сталкиваются с другими молекулами, и в какой-то момент времени их скорости могут быть направлены к поверхности жидкости, и молекулы вернутся в неё.

Если сосуд открыт, то процесс испарения происходит быстрее, чем конденсация, и масса жидкости в сосуде уменьшается. Пар, образующийся над жидкостью, называется ненасыщенным.

Если жидкость находится в закрытом сосуде, то вначале число молекул, вылетающих из жидкости, будет больше, чем число молекул, возвращающихся в неё, но с течением времени плотность пара над жидкостью возрастет настолько, что число молекул, покидающих жидкость, станет равным числу молекул, возвращающихся в неё. В этом случае наступает динамическое равновесие жидкости с её паром.

Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Если сосуд с жидкостью, в котором находится насыщенный пар, нагреть, то вначале число молекул, вылетающих из жидкости, увеличится и будет больше, чем число молекул, возвращающихся в неё. С течением времени равновесие восстановится, но плотность пара над жидкостью и соответственно его давление увеличатся.

О чем эта статья:

При каких условиях происходит с поверхности

Почему происходит испарение

Для испарения необходимо тепло (энергия). Энергия используется для разрыва связей, удерживающих молекулы воды вместе, поэтому вода легко испаряется при температуре кипения (100 °C), но испаряется гораздо медленнее при температуре замерзания. Чистое испарение происходит, когда скорость испарения превышает скорость конденсации.

Состояние насыщения существует, когда эти две скорости процесса равны, и в этот момент относительная влажность воздуха составляет 100 %.

Конденсация, противоположная испарению, происходит, когда насыщенный воздух охлаждается ниже точки росы (температура, до которой воздух должен быть охлажден при постоянном давлении, чтобы он полностью пропитался водой). 

Процесс испарения отводит тепло из окружающей среды, поэтому вода, испаряющаяся с вашей кожи, охлаждает вас.

Испарение и конденсация

Для того чтобы молекула жидкости перешла в газовое состояние, молекула должна обладать достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть межмолекулярные силы притяжения в жидкости. Данный образец жидкости будет содержать молекулы с широким диапазоном кинетических энергий.

Кинетическая энергия может передаваться между объектами и преобразовываться в другие виды энергии.

Молекулы жидкости, обладающие этой определенной пороговой кинетической энергией, покидают поверхность и превращаются в пар. В результате оставшиеся молекулы жидкости теперь обладают меньшей кинетической энергией.

По мере испарения температура оставшейся жидкости снижается. Мы часто наблюдаем эффекты испарительного охлаждения. В жаркий день молекулы воды в поту поглощают тепло тела и испаряются с поверхности кожи. Процесс испарения оставляет оставшийся пот более прохладным, что, в свою очередь, поглощает больше тепла от вашего тела.

Данная жидкость будет испаряться быстрее, когда она нагревается. Это происходит потому, что в результате процесса нагрева большая часть молекул жидкости обладает необходимой кинетической энергией для выхода с поверхности жидкости.

На рисунке ниже показано распределение кинетической энергии молекул жидкости при двух температурах. Количество молекул, обладающих необходимой кинетической энергией для испарения, показано в заштрихованной области под кривой справа. Жидкость с более высокой температурой содержит больше молекул, способных переходить в паровую фазу, чем жидкость с более низкой температурой.

Кривые распределения кинетической энергии для жидкости при двух температурах. Заштрихованная область представляет молекулы с достаточной кинетической энергией, чтобы покинуть жидкость и превратиться в пар.

По мере нагрева жидкости средняя кинетическая энергия ее частиц увеличивается. Скорость испарения возрастает по мере того как все больше и больше молекул способны покидать поверхность жидкости в паровой фазе. В конце концов достигается точка, когда молекулы по всей жидкости обладают достаточной кинетической энергией для испарения.

В этот момент жидкость начинает закипать. Точка кипения – это температура, при которой давление паров жидкости равно внешнему давлению. На рисунке ниже показано кипение жидкости.

Сравнение испарения и кипения

На рисунке слева жидкость находится ниже точки кипения, но часть жидкости испаряется. Справа температура повышается до тех пор, пока в корпусе жидкости не начнут образовываться пузырьки. Когда давление пара внутри пузырька равно внешнему атмосферному давлению, пузырьки поднимаются на поверхность жидкости и лопаются. Температура, при которой происходит этот процесс, является точкой кипения жидкости.

Испарение и кипение

Поскольку атмосферное давление может изменяться в зависимости от местоположения, температура кипения жидкости изменяется в зависимости от внешнего давления. Нормальная температура кипения является постоянной, поскольку она определяется относительно стандартного атмосферного давления 760 мм рт. ст. (или 1 атм, или 101,3 кПа).

Как долго проводят искусственное дыхание

На вопрос о том, как долго необходимо проводить ИД, ответ один. Вентилировать легкие в подобном режиме, делая перерывы на три-четыре секунды максимум, следует до того момента, пока не восстановиться полноценное самостоятельное дыхание, либо же пока появившийся врач даст другие указания.

При этом следует постоянно следить за тем, чтобы процедура была эффективной. Грудная клетка больного должна хорошо раздуваться, кожа лица должна постепенно порозоветь. Также необходимо следить за тем, чтобы в дыхательных путях пострадавшего не было инородных предметов или рвотных масс.

Обратите внимание, что из-за проведения ИД у самого спасателя может появиться слабость и головокружение из-за недостатка углекислоты в организме. Поэтому в идеале вдувание воздуха должны производить два человека, которые могут чередоваться каждые две-три минуты

В том случае, если такой возможности нет, каждые три минуты количество вдохов следует снижать, чтобы у того, кто проводит реанимацию, нормализовался уровень углекислого газа в организме.

Во время проведения искусственного дыхания следует каждую минуту проверять, не остановилось ли у пострадавшего сердце. Для этого двумя пальцами щупают пульс на шее в треугольнике между дыхательным горлом и кивательной мышцей. Два пальца кладут на боковую поверхность гортанного хряща, после чего позволяют им «соскользнуть» в ложбинку между кивательной мышцей и хрящом. Именно здесь должна ощущаться пульсация сонной артерии.

В том случае, если пульсация на сонной артерии отсутствует, следует немедленно начать непрямой массаж сердца в сочетании с ИД. Медики предупреждают, что в том случае, если пропустить момент остановки сердца и продолжать делать искусственную вентиляцию легких, спасти пострадавшего не удастся.

Скорость испарения и температура

В жидкостях всегда имеется некоторое число быстро движущихся молекул. Значит,

Наполним два одинаковых сосуда водой одинаковой массы.  Но в один сосуд нальем воду комнатной температуры, а в другой — подогретую до высокой температуры (рисунок 3).

Рисунок 3. Зависимость скорости испарения от температуры жидкости

Наблюдения покажут, что количество подогретой жидкости в сосуде уменьшилось быстрее, чем жидкости комнатной температуры.

При увеличении температуры жидкости, увеличивается ее внутренняя энергия. При этом увеличивается средняя кинетическая энергия молекул и средняя скорость их движения. Значит, чем выше температура жидкости, тем больше в ней быстро движущихся молекул, которыe способны вылететь с поверхности.

Например, после дождя на улице остаются лужи. Дождь может пройти и холодной осенью, и жарким летом. Когда лужи высыхают быстрее? Конечно же летом, когда на улице более высокая температура.

Сверхкритическая вода

Сверхкритическая вода — это вода в состоянии, превышающем ее критическую точку: 22,1 МПа, 374 °C. В критической точке скрытое тепло пара равняется нулю, а его удельный объем точно такой же, как для жидкого или газообразного состояния. Другими словами, вода с давлением и температурой большими, чем в критической точке, находится в своеобразном состоянии, которое нельзя назвать ни жидким, ни газообразным.

Сверхкритическая вода используется для работы турбин на электростанциях, которые требуют более высокой эффективности. Исследования сверхкритической воды проводятся с упором на ее использование в качестве текущей среды, обладающей свойствами как жидкости, так и газа, а также на ее пригодность в качестве растворителя для химических реакций.

Что такое насыщенный пар

Водяной пар, пребывающий в термодинамическом равновесии с котловой водой, является насыщенным. Это формулировка дает понимание того, что давление насыщенного пара при температуре может иметь только одно значение

В котлоагрегатах парообразование протекает при постоянном давлении и подводе тепла к котловой воде от уходящих газов. Этот процесс базируется на следующих последовательных стадиях: подпитка котла водой, подогрев ее до температуры точки насыщения, и образование сухого насыщенного пара, когда вся жидкость испаряется из него.

В паровых котлах питательная вода, пройдя через экономайзер, попадает в барабан. Из него более холодные потоки под воздействием силы тяжести опускаются по необогреваемым трубам, а поднимаются по подъёмным топочным экранам обогреваемые более горячими дымовыми газами.

Плотность пароводяной смеси в экранных пакетах уменьшается и становится ниже плотности воды в опускных трубах, что создает напор для движения пароводяной смеси по экранам в барабан, где смесь сепарируется на воду и пар.

В закрытой поверхности нагрева при не меняющейся температуре в точке насыщения устанавливается термодинамическое равновесие между котловой водой и водяным паром. Число молекул пара, выделяющихся из поверхности воды за определенное время, будет равняться числу молекул сконденсированного пара, которые перейдут обратно в воду в барабане котла.

Давление насыщенного пара

Давление насыщения в котле зависит от температуры котловой воды в равновесном термодинамическом состоянии. При росте давления, пар сжимается и баланс нарушается. Плотность пара первоначально несколько возрастает, и из паровой среды в котловую воду будет переходить больше молекул конденсата, чем наоборот.

Поскольку количество молекул, переходящих из воды в единицу времени связано исключительно с температурой, то сжатие паровой среды не будет влиять на изменение этого числа.

Процесс будет протекать пока не возникнет термодинамическое равновесие, а следовательно, и концентрация возвращающихся молекул не достигнет первоначального уровня. Таким образом, Тнп напрямую зависит от давления насыщения в котле.

Таблица насыщенного пара

Характеристики сухого НП, приводятся в Таблице водяного пара. В ней указывают Т (С), при точке кипения котловой воды и давление (кПа и мм. рт.ст.) при которой этот процесс протекает.

Дополнительно в таблице могут указываться и другие параметры пара:

• eдельный объем, м3/кг;
• плотность, кг/м3;
• удельная энтальпия, кДж/кг
• удельная теплота парообразования, кДж/кг.

Плотность насыщенного пара

Плотность НП определяют по формуле.

D st = 216,49 * P / (Z st * (t + 273))

Где:

• D st – плотность насыщенного пара в кг / м3;
• P- абсолютное давление пара в барах;
• t – температура в градусах Цельсия;
• Z st – коэффициент сжимаемости насыщенного пара при Р и t.

В этом уравнении символ «Z st» обозначает коэффициент сжимаемости насыщенного пара при абсолютной величине давления насыщенного водяного пара P, бар. Это удобное уравнение действительно для диапазона давления пара от 0,012 до 165 бар, с соответствующим диапазоном температур насыщения от 10 до 360 С.

Влажность насыщенного пара

Когда котлоагрегат нагревает воду, пузырьки, прорывающиеся через слой воды, захватываются паром. Влажный пар определяется как пар, в котором вода присутствует в виде микрокапель паров воды. В этом случае соотношение может составлять от 0 до 1. Если пар имеет 20 % воды по объему — он считается сухим на 80% или имеет долю сухости 0,8.

Таблицы НП содержит значения, такие как температура, энтальпия и удельный объем для сухого НП, но не для влажного. Для того чтобы их определить потребуется воспользоваться формулами, учитывая соотношение двух сред:

Удельный объем (v) мокрого пара

v = X * v g + (1 – X) * v f

Где:

• X = сухость (% / 100);
• v f = удельный объем жидкости;
• v g = удельный объем НП.

Удельная энтальпия пара сухостью Х:

h = h f + X * h fg

Где:

• X = сухость (%);
• h f = удельная энтальпия жидкости;
• h fg = удельная энтальпия НП.

Чем влажнее пар, тем ниже значения удельного объема, теплосодержание, энтальпия и энтропия. Таким образом сухость пара оказывает существенное влияние на все эти значения.

Задачей теплоэнергетиков является организация процессов парообразования в котле с сухостью 100%. Для этого в барабанах котлов устанавливают специальные сепарационные устройства, отделяющие пар от воды.

Золотое правило механики

Все примеры простых механизмов, которые мы рассмотрели, имеют одно общее свойство, которое называют золотым правилом механики: 

Во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в перемещении.

Произведение силы на перемещение в механике называется работой и обозначается буквой А:

где α — угол между векторами силы и перемещения. Если направления векторов совпадают, формула работы выглядит проще: A = F × S. 

Сэкономить в силе больше, чем проиграть в перемещении — то есть выиграть в работе — не позволяет ни один механизм. Чем меньше силы нужно потратить при подъёме тела по наклонной плоскости, тем длиннее должна быть эта плоскость. Чем меньше сил нужно для воздействия на рычаг — тем длиннее должно быть его плечо.

«Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю» — заявил Архимед. Теоретически он мог бы поднять груз, равный нашей планете, выбрав рычаг подходящей длины. Масса земли — примерно 6 000 000 000 000 000 000 000 тонн, в то время как человек в среднем способен поднять груз около 60 килограммов. А значит, плечо силы должно быть больше плеча груза в 100 000 000 000 000 000 000 000 раз. Поэтому чтобы плечо груза сдвинулось хотя бы на один сантиметр, учёному пришлось бы сдвинуть плечо силы на 1000 000 000 000 000 000 км. Даже со скоростью движения в 1 м/с на это ушло бы тридцать тысяч миллиардов лет.