критическое состояние физика. Критическое состояние физика. Критическое состояние
 Скачать 25.18 Kb.
|
|
Критическое состояние Теория Ван-дер-Ваальса позволяет объяснить существование очень важного свойства реальных газов, называемое критическим состоянием. Рассмотрим этот вопрос подробнее. Критическому состоянию вещества соответствует единственная точка критической изотермы – точка, в которую превратилась линия конденсации. Эта точка называется критической. По мере повышения температуры изотермы Ван-дер-Ваальса поднимаются вверх, а область «горбов» на них становится уже. Это означает, что уменьшается разность объемов Vнп-Vж на опытных изотермах. Если рассмотреть семейство изотерм реального газа, то можно обратить внимание на то, что при некоторой температуре эта разность объемов становится равной нулю. Соответствующая ей изотерма не содержит ни «горбов», ни плато. На ней вместо горизонтального участка имеется перегиб. Такая изотерма отделяет опытные изотермы с горизонтальными участками от изотерм без горизонтальных участков. Она называется критической, а соответствующая ей температура- критической температурой Тк. Точке перегиба на критической изотерме соответствует критическое давление Рк и критический объем Vк (рис. 127). Величины , Pк,Vк и Tк называются критическими параметрами и являются индивидуальными характеристиками газа. Для температур выше Тк вещество может существовать только в газообразном состоянии и никаким давлением его нельзя перевести в жидкое состояние. Чем выше температура по сравнению с критической, тем меньше различие между изотермами реального и идеального газов. Из сказанного становится очевидным, что давление насыщающего пара не может быть больше критического, так как при этих давлениях нет конденсации. По той же причине, объем образовавшейся жидкости меньше критического объема. (Здесь следует еще раз напомнить, что рассмотрение касается газа в количестве одного моля.) В критической точке исчезает всякое различие между жидкостью и паром, а переход вещества из газообразного состояния в жидкое происходит непрерывно. Вблизи критической точки возрастают флуктуации плотности вещества, приводящие к сильному рассеянию света. Это явление получило название опалисценции (по имени минерала опала, также сильно рассеивающего свет). Значения критических параметров можно найти из уравнения Ван-дер-Ваальса. Для температур меньших критической уравнение (13.3) имеет три различных действительных корня. Для критической температуры уравнение должно иметь три одинаковых корня (V1=V2=V3=V). Поэтому, согласно теории алгебраических уравнений, уравнение Ван-дер-Ваальса для критической точки, записанное в форме (13.3), должно быть тождественно уравнению (V-Vж)3=V3-3V2Vж+3VV2ж-V3ж=0 , где V-текущее значение объема. Сравнивая коэффициенты при одинаковых степенях объема в уравнениях (13.3) и (13.4), найдем «координаты» критической точки, т. е. теоретические выражения для критических параметров: Тж=8а/27Rb ; Vж=3b ; Рж=а/27b. Критические параметры можно определить экспериментально, а из них рассчитать значения постоянных Ван-дер-Ваальса. Этим самым теоретическое уравнение состояния оказывается привязанным как к индивидуальным свойствам газов, так и к любой реальной ситуации. Если соединить между собой точки, соответствующие Vб и Vнп всех изотерм (рис. 128), то получим куполообразную кривую, ограничивающую область двухфазового состояния вещества (жидкость–газ). Здесь необходимо указать, что отличие пара от газа только в том, что газ никакими давлениями нельзя перевести в жидкость, а пар – можно. |