Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества - Бутиков Е.И.
Скачать (прямая ссылка):
Перегретая жидкость. Жидкость можно нагреть и до температуры, превышающей температуру кипения при данном давлении. Для этого ее нужно тщательно очистить от растворенных газов и механических примесей. Центры парообразования в такой жидкости практически отсутствуют, и кипение не начинается даже тогда, когда температура заметно превышает температуру кипения. Такая жидкость называется перегретой. Это неустойчивое состояние. Перегретая жидкость бурно закипает при появлении в ней центров парообразования.
Явление быстрого закипания перегретой жидкости используется в пузырьковой камере — современном приборе для регистрации частиц высоких энергий. Прохождение заряженной частицы через перегретую жидкость приводит к образованию вдоль следа частицы зародышей центров кипения. Образующиеся на зародышах пузырьки достигают размеров в доли миллиметра и могут быть сфотографированы при боковом освещении импульсным источником света. Изучение треков в пузырьковых камерах позволило открыть и исследовать много новых элементарных частиц.
Критическая температура. При увеличении температуры одновременно с ростом плотности насыщенного пара происходит уменьшение плотности жидкости вследствие ее теплового расширения. Если на одном графике изобразить зависимости плотности жидкости и ее насыщенного пара от температуры, то при некоторой температуре Тк, называемой критической, обе кривые сливаются (рис. 80): плотность
Рис. 80. Зависимость плотности жидкости и ее насыщенного пара от температуры
214
V. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ
жидкости становится равной плотности насыщенного пара. При критической температуре исчезает различие не только в плотности, но и во всех других физических свойствах жидкости и насыщенного пара.
Понятие критической температуры было введено Д. И. Менделеевым. Каждое вещество характеризуется своей критической температурой. Например, у воды это 374,15 °С, а у окиси углерода С02 — около 31 °С.
Различие между газом и паром. Существование критической температуры позволяет провести различие между газом и паром. Газ можно перевести в жидкое состояние путем сжатия только при температуре ниже критической. Поэтому вещество в газообразном состоянии при температуре ниже критической и называют паром.
Таким образом, никакой принципиальной разницы между паром и газом нет. Это деление условно и имеет смысл потому, что мы привыкли к существованию в довольно узком интервале температур. Поэтому газом обычно называют вещество, давление насыщенного пара которого при обычных температурах выше атмосферного (например, углекислый газ). Напротив, используют термин «пар», когда при комнатной температуре давление насыщенного пара вещества меньше атмосферного давления (например, водяной пар).
Теплота испарения и конденсации. Фазовые переходы, такие как испарение и конденсация, всегда сопровождаются поглощением или выделением теплоты. Количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу для того, чтобы превратить его из жидкого состояния в газообразное при постоянной температуре и постоянном давлении, называется теплотой испарения (или теплотой парообразования). Такое же количество теплоты выделяется при конденсации пара в жидкость при тех же условиях. Различают удельную теплоту испарения (измеряется в джоулях на килограмм) и молярную (измеряется в джоулях на моль).
Теплота испарения зависит от температуры. С ростом температуры она уменьшается и при критической температуре обращается в нуль.
Теплота парообразования представляет собой частный случай теплоты фазового перехода. Другой пример — теплота плавления, поглощаемая при плавлении и выделяющаяся при кристаллизации.
Влажность воздуха. Водяной пар в земной атмосфере, несмотря на огромные открытые водные поверхности, не является насыщенным. Содержание водяного пара в воздухе характеризуется влажностью воздуха. От влажности воздуха во многом зависит состояние биосферы, самочувствие человека, работоспособность технических устройств, сохранность зданий и произведений искусства.
§ 25. ГАЗЫ, ЖИДКОСТИ, ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ
215
Влажность воздуха характеризуют парциальным давлением паров воды, которое иногда называют абсолютной влажностью. Однако значение абсолютной влажности еще не позволяет судить о том, насколько водяной пар в данных условиях далек от насыщения. Но именно от этого зависит интенсивность испарения воды с открытых поверхностей. Чтобы характеризовать близость состояния водяных паров к насыщению, вводят относительную влажность.
Относительная влажность — это отношение парциального давления р водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению р0 насыщенного пара при этой температуре. Относительную влажность обычно выражают в процентах:
ц> =-2-100%. (1)
Р о
Если понижать температуру воздуха при неизменном содержании в ней паров воды (т. е. при неизменной абсолютной влажности) , то относительная влажность будет возрастать и при некоторой температуре достигнет 100 %, т. е. пар станет насыщенным. Эту температуру, при которой содержащийся в воздухе пар становится насыщенным, называют точкой росы. При охлаждении воздуха до точки росы начинается конденсация паров воды. Это проявляется в образовании тумана и выпадении росы.
