Фазовые превращения веществ

Одним из самых простых устройств используемые для охлаждения различных устройств являются системы, построенные на использовании фазовых превращениях веществ (испарение, кипение, плавление и сублимация).

Испарение - процесс парообразования, происходящий со свободной поверхности жидкости при различных температурах. В настоящее время данный процесс используется в косвенно-испарительных системах охлаждения воздуха в пассажирских вагонах.

Кипение – процесс интенсивного парообразования, происходящий по всему объему жидкости в результате поглощения теплоты окружающей среды. При постоянном давлении температура кипения для данного вещества постоянна и зависит от давления паров над жидкостью. Процесс кипения жидкости при низкой температуре реализуется, например, в парокомпрессионных холодильных машинах. Аппарат, в котором происходит кипение, называют испарителем. В испарителе осуществляется отвод теплоты от окружающей среды, а кипящая жидкость переходит в парообразное состояние.

Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг жидкости, взятой при температуре кипения, в пар, называют скрытой теплотой парообразования r или удельной теплотой парообразования. С повышением давления кипения жидкости скрытая теплота парообразования уменьшается.Процесс превращения насыщенного пара в жидкость сопровождается отводом тепла и называется конденсацией.

Процесс перехода вещества из кристаллического состояния в жидкое с поглощением теплоты называютплавлением. Температура плавления зависит от физико-химических свойств вещества и от внешних условий (давления). Этот способ искусственного охлаждения широко применяют на практике, в частности при охлаждении продуктов в бытовых холодильниках, на железнодорожном транспорте и т. д.

Процесс перехода тела из твердого состояния в парообразное, минуя жидкое состояние, называется сублимацией. В качестве рабочего тела для охлаждения объектов наиболее широко применяют отвержденный диоксид углерода СО₂ (сухой лед). Температура сублимации СО₂ при атмосферном давлении равна 194,3 К (минус 78,7⁰С) теплота сублимации — 574 кДж/кг.