Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Теплота испарения
В табл. 2.53 приведены теплоты испарения г ожиженных инертных газов.
Теплоты испарения в килокалориях на килограмм (ккал/кг) могут быть вычислены по уравнениям (2.34) — (2.37), где 7К— критическая температура, °К (см. табл. 2.2); 7—-температура кипения,°К.
Гелий-4:
г2 = 44,2484 (Гк — Т) — 23,3385 (Тк — Г)2 + 5,99799 (Тк — Т)3-— 0,665565 (Тк — Г)4. (2.34)
Неон:
г2 = 43,56922 (Тк — Т) — 1,744347 (Гк — Г)2 +
+ 0,0371203 (Тк — Т)3. (2.35)
77
Таблица 2.53 Теплота испарения ожиженных инертных газов, кал/моль
Не» Не* Ne Аг Кг
Т, °К г т, °к г Т, °К г Т, "К л- т, °к г
0,54
0,80
1,0
1,4
1,8
2,2
2,6
3,0
3,2
4,2
4,5
4,75
5,0
7,36 8,41 9,10 10,32 11,02 11,05 10,71 7,88 5,91 4,95 4,37 3,63 1,90
1,5 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0
21,52 21,08 22,32 21,80 21,08 22,32 22,48 22,56 22,52 22,36 22,00 21,52 20,80
25,0 27,5 30,0 32,0 35,0 37,5 40,0 42,5
432,5 412,0 391,5 358,5 341,0 306,0 255,5 181,5
90 95 100 105 ПО 115 120 125 130 135 140 145
1524 1482 1437 1390 1337 1278 1212 1137 1050 940 795 635
120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190
2158 2130 2093 2047 1996 1943 1888 1829 1767 1701 1634 1559 1475 1379 1266
где V — молярный объем жидкости; Гк — критическая температура, °К; постоянная К&2,\. В табл. 2.54 приведены некоторые
Таблица 2.54 Поверхностное натяжение инертных газов, дин/см
Не» [126] Не* [29] Ne [127] Аг[128]
Т, "К о т, °к о т, °к о Т, °К О
0,35 1,0 1,5 2,0
2,5 3,0
0,151 0,143 0,119 0,087 0,054 0,023
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,2
0,347 0,334 0,310 0,263 0,216 0,174 0,117 0,096
24 25 26 27 28
5,90 5,54 5,15 4,79 4,48
85 90 95 100 105 ПО 115 120 125 130 135 140 145
13,12 11,86 10,63 9,42 8,24 7,10 6,01 4,95 3,94 2,99 2,10 1,28 0,57
Аргон:
г2 = 41,59246 (Гк — Г) — 0,448963 (Гк — Г)2 ф
+ 0,0026163 (Гк — Г)3. (2.36)
Криптон:
г2 = 0.01896Г |/ Гк —Г + 0.3837Г — 0,004346Г2 +
+ 1,212- Ю-5 Г3. (2.37)
Поверхностное натяжение
Поверхностное натяжение — тангенциальная сила, действующая на свободной поверхности жидкости и стремящаяся придать поверхности наименьшую величину. Поверхностное натяжение зависит от природы жидкости, свойств граничащей с ней среды, температуры и измеряется силой, действующей на единицу длины, т. е. выражается в динах на сантиметр или эргах на квадратный сантиметр *.
Как установлено А. И. Бачинским (1921 г.), поверхностное натяжение а пропорционально четвертой степени разности плотностей жидкости и ее насыщенного пара.
Поверхностное натяжение жидкостей нием температуры по закону
К (Тк-Т),
а =
V4.
убывает с возрастаете)
* В системе СИ поверхностное натяжение выражается в единицах н/м (1 к/л=103 дин/см) или дж/м3 (1 дж/м*=№? эрг/сл2).
значения поверхностного натяжения ожиженных гелия, неона и аргона на границе с насыщенным паром.
м/с» ч 1
|\ і і
1
І
\^ ; і
'' i\j і 1 Г4^ і
! і \! 1 і 14
A3
"Рас. 2.16. Зависимость поверхностного натяжения жидкого гелия от температуры. Пунктир соответствует температуре
Уточни.
'На рис. 2.16 показана зависимость'а от температуры для жидкого Не4.
79
78
Жидкий гелий
В этом разделе отмечены некоторые специфические свойства жидкого гелия, которые изучаются многими исследователями [29, 129—136].
Одно из аномальных свойств жидкого Не4 — отсутствие тройной точки, что отчетливо видно на фазовой диаграмме состояния (рис. 2.17). Для получения твердого гелия необходима приложить к жидкости внешнее давление, что впервые показал Кеезом (1926 г.).
Рис. 2.17. Фазовая диаграмма состояния Не4.
В интервале температур 1—1,4° К давление плавления можно выразить уравнением (р — в атм, Г —в °К)
р = 25,0 + 0,0537-*, (2.39)
а выше 4° К — уравнением
р [ Т \ 1,554
ТбТо7 = (^) -1- (2-40>
Из уравнения (2.39) следует, что нри температуре 0° К для получения твердого гелия' потребовалось бы давление 25 атм, что и является минимальным давлением, при котором может существовать твердый гелий.
Далее следует отметить малую плотность жидкого гелия (Не3 и Не4), что позволяет рассматривать эту квантовую жидкость как своеобразное подобие газа [132].
Поразительные свойства жидкого Не4 проявляются при понижении температуры до 2,182°К (р=38,0 мм рт. ст.); при
этой температуре жидкий Не4 претерпевает переход , второго рода с резким изменением свойств. Это отчетливо видно на рис. 2.18, где показано изменение теплоемкости и плотности жидкого Не4 в зависимости от температуры. Жидкая фаза при температуре 2,182° К и ниже названа «Гелий II» (Не-П), выше 2,182°К —«Гелий I» (Не-I). Точка перехода (2,182° К) называется «Л-точкой», так как кривая теплоемкости в этой области похожа на греческую букву «ламбда». Плотность жидкости максимальна в Л-точке.
О 1 2 3 т,°к
Рис. 2.18. Я-Переход в Не4.
Гелий II обладает свойствами, которые не обнаружены в других жидкостях, в частности сверхтекучестью, впервые экспериментально установленной П. Л. Капицей [135]. Как показали опыты П. Л. Капицы, скорость протекания Не-П через узкую щель или капилляр столь велика, что вязкость его кажется равной почти нулю. Такое течение жидкости не подчиняется классическим законам; чем тоньше капилляр, тем резче проявляется аномальный характер явления. В самых узких каналах (диаметром меньше 10~5 см) скорбеть протекания Не-Н совершенно не зависит от давления, длины канала, а зависит лишь от температуры.
