Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Пересыщенный пар и перегретая жидкость

На рис. 7.8 изображены изотермы Ван-дер-Ваальса, т.е кривые, описываемые уравнением Ван-дер-Ваальса, для нескольких температур. Характерным для этих изотерм является то, что при температурах, не превышающих значение Т кр, у кривых имеется S-образный зави­ток, в области которого заданному значению давления соответст­вуют три различных значения объема. У реальных изотерм (рис.7.9) такого завитка нет, вместо него у них имеется прямоли­нейный горизонтальный участок. На рис. 7.10 наложены одна на другую реальная изотерма и изотерма Ван-дер-Ваальса. Оказы­вается, что уравнение Ван-дер-Ваальса довольно хорошо описывает ход изотермы при объемах, больших V г. При объемах, меньших V ж, ход реальной изотермы также примерно следует уравнению Ван-дер-Ваальса. Таким образом, это уравнение охватывает не только газообразное, но и жидкое состояние вещества.

 

 

Из сопоставления изотермы Ван-дер-Ваальса с реальной изотер­мой вытекает, что эти изотермы примерно совпадают на участках, отвечающих однофазным состояниям вещества, но ведут себя совер­шенно различным образом в области рас­слоения на две фазы. Вместо S -образного завитка на изотерме Ван-дер-Ваальса реаль­ная изотерма имеет в этой области прямо­линейный горизонтальный участок, кото­рый располагается так, что охватываемые завитком площади F 1 и F 2 (рис.7. 9) одинаковы.

Расслоение на две фазы объясняется неустойчивостью однородных состояний, отвечающих завитку 1—2—3—4 (рис.7.10).Неустойчивость состояний на участке 23 становится очевидной, если учесть, что на этом участке производная dp / dV положительна. Следовательно, вещество, способное пройти последователь­ность

 

состояний 2—3, обладало бы совершенно противоестествен­ными свойствами: увеличение объема газа сопровождалось бы не уменьшением, а ростом давления.

На участках 1—2 и 3—4 dp / dV отрицательно, так что, казалось бы, эти участки могли бы реализоваться. Действительно, при из­вестных условиях состояния, соответствующие этим участкам, мо­гут осуществляться. Правда, они не вполне устойчивы: достаточно, например, в состоянии А попадания в пар пылинки, чтобы все ве­щество распалось на две фазы и перешло в состояние В (переход АВ на рис. 7.10). Подобные не вполне устойчивые состояния называются метастабильными. Ве­щество в состояниях 1—2 называется перегретой жид­костью, вещество в состояниях 3—4 называется пересы­щенным паром.

При достаточно низких температурах нижняя часть завитка изо­термы Ван-дер-Ваальса пересекает ось V и переходит в область отри­цательных давлений (нижняя изотерма на рис.7.10). Вещество под отрицательным давлением, очевидно, находится

в состоянии не сжатия, а растяжения. Такие состояния также могут быть при известных условиях реализованы. Таким образом, участок 5—6 на нижней изотерме соответствует перегретой, а участок 6—7 — растянутой жидкости.

Рассмотрим условия, при которых могут быть осуществлены метастабильные состояния. Начнем с пересыщенного пара. Если пар совершенно не содержит посторонних включений, конденсация его в жидкость начаться не может. Для образования капельки необхо­димо, чтобы большое количество молекул одновременно сблизилось на расстояния того же порядка, что и расстояния между молекулами в жидкости, а это совершенно невероятно. Для возникновения кон­денсации необходимо наличие так называемых центров кон­денсации, которые улавливают подлетающие к ним молекулы и переводят их в конденсированную фазу. Центрами конденсации могут служить пылинки, капельки жидкости и, в особенности, заря­женные частицы (ионы.).

Таким образом, если пар тщательно очистить от посторонних включений и ионов, то он может находиться при давлении, превы­шающем давление насыщенных паров р н.п при данной температуре.

Такое состояние будет метастабильным: достаточно возникнуть хотя бы одному центру конденсации, как состояние пересыщенного пара будет нарушено и вещество перейдет в двухфазное состояние.

Практически пересыщенный пар можно получить, подвергнув непересыщенный пар резкому расширению. Быстрое расширение происходит без теплообмена с внешней средой и сопровождается охлаждением пара. Точка, изображающая состояние пара, переме­щается при этом по адиабате. Адиабата идет круче, чем изотерма, вследствие чего пар из стабильного состоя­ния 1, соответствующего температуре Т 1, (рис. 7.11), может перейти в метастабильное состояние 2, соответствующее более низкой тем­пературе Т 2.

Рассмотрим условия получения перегретой жидкости. Процесс бурного парообразования (т. е. кипения) может, как и процесс кон­денсации, происходить на инородных включениях, например на пес­чинках или пузырьках газа, растворенного в жидкости. Если жидкость тщательно очистить от твердых включений и растворен­ных в ней газов, то путем нагревания ее можно перевести в состояние с давлением, меньшим р н.п при данной температуре, без того, чтобы жидкость вскипала. Это и будет состояние перегретой жидкости.

Переход жидкости из обычного состояния в перегретое показан на рис. 7.12 (переход 1—2). Состояние перегретой жидкости является метастабильным. Достаточно бросить в перегретую жидкость песчинку для того, чтобы жидкость вскипела и вещество перешло в стабильное двухфазное состояние (переход СD на рис. 7.10).

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Критическое состояние. Критическая изотерма | Плавление и кристаллизация
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 1146; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.012 сек.