Насыщеный пар, его свойства. Критическое состояние вещества

Билет 22

Ненасыщенный пар ведет себя почти так же, как и обычный газ. В частности, при постоянной температуре, он почти подчиняется закону Бойля–Мариотта.

Однако, при сжатии воздуха, содержащего ненасыщенный пар, концентрация последнего будет расти и он когда-то достигнет состояния насыщения.

При дальнейшем сжатии часть пара начнет конденсироваться, а давление будет оставаться равным давлению насыщенного пара.

Наконец, весь пар сконденсируется и дальнейшее сжатие, теперь уже не пара, а жидкости, приводящее к заметному изменению объема, потребует увеличения давления на несколько порядков величины.

При более высокой температуре интенсивность движения молекул выше, а это значит, что состояние насыщения пара будет достигнуто при меньшем объеме сосуда, в котором он находится и, соответственно, при большем давлении.

В то же время, из-за теплового расширения жидкости, полная конденсация пара произойдет при большем объеме, чем в первом случае.

Если эти рассуждения верны, то следует ожидать, что должна существовать некая критическая температура, выше которой невозможно образование насыщенного пара.

Если этот процесс изобразить на графике зависимости плотности от температуры, то можно увидеть, что при критической температуре плотность жидкости сравнивается с плотностью пара, и различия между ними пропадают. Исходя из этого, можно сказать, что критической называется температура, при которой плотность насыщенного пара равна плотности жидкости.

Пронаблюдать переход вещества через критическую точку можно на опыте. В запаянную ампулу, находящуюся внутри металлического кожуха, налит эфир. Над эфиром находятся его насыщающие пары. Чтобы лучше рассмотреть протекающий процесс, изображение ампулы надо спроецировать на экран.

Будем подогревать эфир. При нагревании жидкость расширяется, и плотность ее уменьшается. Плотность же насыщающих паров растет, так как с поверхности жидкости идет процесс интенсивного ее испарения. При критической температуре плотность жидкости и ее насыщающего пара становятся одинаковыми. Всякое различие между жидкостью и паром при этой температуре пропадает.

Граница между жидкостью и паром размывается и, наконец, исчезает. При дальнейшем нагревании весь эфир в ампуле находится в газообразном состоянии. Перестанем подогревать ампулу. Пар охлаждается и при некоторой температуре происходит его конденсация во всем объеме ампулы. Появляется плотный туман, заполняющий весь сосуд, и вновь возникает граница раздела жидкости и насыщающего пара.

Дата добавления: 2014-01-04