Děje ve vodní páře

Izobarické děje a vypařování

Začneme vypařováním vody při konstantním tlaku, se kterým se můžeme nejčastěji setkat. Pokud udržujeme stálý tlak, voda se bude vypařovat při stálé teplotě. Takovému ději pak říkáme izobaricko-izotermický. Tuto teplotu nemůžu zvýšit tím, že bych dodával více tepla, tím bych pouze urychlil vypařování.

Protože se při vypařování nemění tlak, nekoná se technická práce a z prvního zákona termodynamiky plyne, že se dodané teplo rovná změně entalpie. V našem příkladu budeme vypařovat při teplotě 200 °C ze syté vody na sytou páru. Hodnoty entalpií těchto stavů můžeme snadno najít v parních tabulkách.

Pro výpočet objemové práce bude třeba si určit změnu vnitřní energie. Tu můžeme stanovit také z tabulek nebo z definičního vztahu entalpie.

Pro čistě izobarické děje a jejich energetické veličiny platí výpočtové principy podobné při vypařování, akorát se při dodávání tepla zvyšuje teplota.

Kritický bod

Při bližším studiu T-s diagramu si můžeme všimnout, že se zvyšující se teplotou vypařování se snižuje plocha pod křivkou, která reprezentuje výparné teplo. Ve vrcholu mezní křivky nakonec nebude potřeba žádné teplo. Tomuto bodu říkáme kritický bod (374 °C a 22,1 MPa) a při vyšších parametrech již nenastává stav mokré páry, ale voda se na plyn mění přímo.

Izochorický děj

Při tomto ději zůstává konstantní měrný objem. Pokud vypařujeme vodu při konstantním objemu, tak na rozdíl od izobarického vypařování se nám zde zvyšuje teplota i tlak. Pokud chceme vypočítat teplo potřebné k tomuto odpaření, použijeme první formu termodynamického zákona. Z ní nám vypadne nulová objemová práce a toto teplo se rovná změně vnitřní energie.

Izotermický děj

Izotermický děj má tu zvláštnost, že dodané teplo vypočítáme z definice entropie. Teplo se zde rovná teplotě v kelvinech krát změna entropie (plocha pod křivkou v t-s diagramu se rovná teplu). Graficky jde tedy o velikost obdélníku v T-s diagramu. Na rozdíl od ideálních plynů zde neplatí to, že teplo se přímo mění v práci bez změny entalpie nebo vnitřní energie. Víme totiž, že např. u vypařování se nemění teplota, ale entalpie ano - tyto veličiny zde nejsou nijak svázány.

Adiabatické děje

Adiabatické děje se projevují tím, že se při nich nesdílí teplo s okolím. To je možné téměř dosáhnout kvalitním odizolováním nebo velmi rychlým dějem. Adiabatickým dějem přibližujeme expanzi v turbíně nebo kompresi v čerpadlech a kompresorech. Podle prvního zákona termodynamiky je vykonaná práce rovna záporné změně entalpie, což je vztah, se kterým velmi často budeme pracovat.

Škrcení páry

Škrcení páry je chápáno jako izoentalpický děj. Při proudění páry v se při náhlé změní průřezu (např. clonou) pára zaškrtí (nevratně sníží svůj tlak) tímto způsobem se reguluje pára ve škrtících ventilech v chladících obězích.