Главная > Разное > Курс термодинамики (Микрюков В.Е.)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

6. Фазовые превращения в однокомпонентной системе жидкость — пар

Кривая равновесия гетерогенной однокомпонентной системы жидкость — пар в координатах (рис. 38), как мы видели выше, определяется уравнением Клапейрона — Клаузиуса (46,5):

На графике видно, что в зависимости от температуры и давления вещество может находиться или в жидком, или в газообразном состоянии. Вещество выше кривой равновесия находится в жидком состоянии, а ниже — в парообразном. Кривая фазового равновесия А К является кривой упругости насыщенного пара. Если изменять давление на диаграмме вдоль линии пересекая кривую равновесия в точке С, то при пересечении кривой равновесия будет происходить переход вещества из одной фазы в другую.

Уравнение (46,5) показывает, что переход вещества из одной фазы в другую (до точки К) сопровождается поглощением или выделением теплоты перехода и изменением удельного объема, т. е. налицо фазовый переход первого рода.

Кривая фазового равновесия А К заканчивается в точке Эта конечная точка фазового равновесия жидкость — пар называется критической точкой. Температура и давление, соответствующие этой точке, получили название критической температуры Тк и критического давления

При критической температуре двухфазная система переходит в однофазную. Выше критической температуры может существовать поэтому только однофазная система. Переход двухфазной системы в однофазную при критической температуре происходит без поглощения теплоты и изменения удельного объема, причем многие физические величины изменяются скачком.

Рис. 38.

К ним относятся, например, теплоемкость, коэффициент расширения, коэффициент изотермической сжимаемости и т. д.

Начало изучения критических явлений было положено гениальным русским ученым Д. И. Менделеевым. На основании своих многочисленных опытов по определению поверхностного натяжения жидкостей он в 1860 г. пришел к выводу, что существует такая температура, при которой поверхностное натяжение как характеристика силы сцепления жидких частиц будет равна нулю и жидкость должна сделаться телом без сцепления, т. е. газом, превратиться в пар, несмотря на малое пространство.

Д. И. Менделеев первый ввел понятие «критическая температура», которую он назвал абсолютной температурой кипения. В работах Эндрюса, проведенных в 1869 г., была снята сеть изотерм для как ниже, так и выше критической температуры.

Важное значение в изучении критического состояния имели исследования профессора Киевского университета М. П. Авенариуса и его учеников.

Экспериментально критическую температуру определяют разными методами; например, по изучению изотерм вещества жидкость — пар при различных температурах, оптическим способом по исчезновению мениска между жидкостью и паром и т. д.

Если построить в системе координат изотермы системы жидкость — пар при различных температурах (рис. 39), то область правее линии будет соответствовать газообразной фазе, а левее линии жидкому состоянию. Внутри кривой линии вещество представляет собой гетерогенную систему жидкость — пар. С повышением температуры разность удельных объемов пара и жидкости уменьшается, и на изотерме, которая проходит через точку ветви В К (газ) и А К (жидкость) смыкаются.

Рис. 39.

Точка в которой удельные объемы жидкости и пара становятся одинаковыми, называется критической точкой, а изотерма, которая проходит через эту точку, соответствует критической температуре.

Оптический метод, использовавшийся широко для определения критической температуры вещества по исчезновению мениска между жидкостью и паром, не позволяет точно определить критическую температуру.

Б. Б. Голицын еще в 1890 г. заключил, что температура исчезновения мениска не есть критическая температура, так как при ней плотности жидкости и пара не равны друг другу. Истинная критическая температура лежит выше указанной температуры, там, где плотности насыщенного пара и жидкости равны друг другу.

На рисунке 39 видно, что изотермы вблизи критической точки идут почти параллельно оси объемов Значительному изменению объема соответствует, напротив, незначительное изменение давления Поэтому исчезновение мениска происходит не только при но и вблизи

Это важное заключение Б. Б. Голицына полностью подтвердилось в позднейших экспериментальных исследованиях других ученых, и теперь можно с уверенностью сказать, что температура исчезновения границы раздела (мениска) между жидкостью и паром не показывает еще критическую температуру.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление