Критическое состояние. Критическая изотерма

На рис. 7.4 приведены изотермы для нескольких значений температуры. Из рисунка видно, что с повышением температуры го­ризонтальный участок изотермы сокращается, стягиваясь в точку при температуре Т_кр, называемой критической. Соответ­ственно уменьшается различие в удельных объемах, а, следователь­но, и в плотностях жидкости и насыщенного пара. При критической температуре это различие полностью исчезает. Одновременно исче­зает всякое различие между жидкостью и паром. Температурный ход плотности жидкости и насыщенного пара показан на рис.7.5.

Точка К, являющаяся пределом, к которому приближаются горизонтальные отрезки изотерм при стремлении температуры к кри­тическому значению Т_кр, именуется критической точкой (рис.7.5). Состояние, изображаемое точкой К, называется критиче­ским состоянием вещества. Объем V_кр, давление р_кр и температура Т_кр, отвечающие критическому состоянию, называются критическими величинами. Для критической изо­термы точка К служит точкой перегиба. Касательная к изотерме в точке К расположена параллельно оси V.

Из рис. 7.4 следует, что давление насыщенного пара растет с температурой, достигая при критической температуре значения р_кр. При температурах выше критической понятие насыщенного пара теряет смысл. Поэтому кривая зависимости давления насыщенного пара от температуры заканчивается в критической точке.

Если провести линию через крайние точки горизонтальных уча­стков изотерм (рис.7.6), получается колоколообразная кривая, ограничивающая область двухфазных состояний вещества. При температурах выше критической вещество при любом давлении ока­зывается однородным. При таких температурах никаким сжатием не может быть осуществлено ожижение вещества.

Понятие критической температуры впервые было введено Д. И. Менделеевым в 1860 г. Менделеев назвал ее температурой аб­солютного кипения жидкости и рассматривал как ту температуру, при которой исчезают силы сцепления между молекулами, и жидкость превращается в пар независимо от давления и занимаемого ею объема.

Колоколообразная кривая и участок критической изотермы, ле­жащий слева от точки К, делят диаграмму (р, V) на три области(рис.7.6). Наклонной штриховкой помечена область однородных жидких состояний вещества. Под колоколообразной кривой распо­лагается область двухфазных состояний, и наконец, область, лежа­щая справа от колоколообразной кривой и верхней ветви критиче­ской изотермы, представляет собой область однородных газообраз­ных состояний вещества. Часть, лежащая под правой ветвью критической изотермы, - это об­ластью пара. Любое состояние в этой области отличается от осталь­ных газообразных состояний тем, что при изотермиче­ском сжатии вещество, первоначально находившееся в таком состоя­нии, претерпевает процесс ожижения. Вещество, находящееся в од­ном из состояний при температуре выше критической, не может быть ожижено никаким сжатием.

Выбрав процесс перехода так, чтобы он не пересекал двухфаз­ную область (рис. 7.7), можно осуществить переход из жидкого состояния в газообразное (или обратно) без расслаивания вещества на две фазы. В этом случае в процессе перехода вещество будет все время оставаться однородным.