Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Ландау Л.Д. -> "Курс общей физики. Механика и молекулярная физика" -> 77

Курс общей физики. Механика и молекулярная физика - Ландау Л.Д.

Ландау Л.Д., Ахиезер А.И., Лифшиц Е.М. Курс общей физики. Механика и молекулярная физика — МГУ, 1962. — 405 c.
Скачать (прямая ссылка): kursobsheyfiziki1962.djvu
Предыдущая << 1 .. 71 72 73 74 75 76 < 77 > 78 79 80 81 82 83 .. 136 >> Следующая


На диаграмме V, T (и аналогично на диаграмме V, р) приближение к критической точке проявляется в сближении удельных объемов жидкости и пара при повышении температуры, т. е. в сближении обеих кривых, ограничивающих на рис. 2 заштрихованную область. При T=Tk обе кривые соединяются, так что мы имеем, по существу, всего одну плавную кривую, обладающую в некоторой точке К максимумом (рис. 6). Эта точка и является критической; ее координаты — критическая температура Tu и критический удельный объем Vk.

Рис. 5.

Рис. 6. КРИТИЧЕСКАЯ ТОЧКА

227

По мере сближения свойств жидкости и газа уменьшается и теплота перехода q между ними. В самой критической точке эта теплота обращается в нуль.

Наличие критической точки очень ясно демонстрирует отсутствие принципиального различия между жидким и газообразным состояниями вещества. Действительно, рассматривая какие-либо два состояния (а и b на рис. 6), сильно отличающиеся по своей плотности, мы назовем более плотное (b) жидким, а менее плотное (а) газообразным. Сжимая газ а при постоянной температуре, мы можем превратить его в жидкость Ь, пройдя при этом стадию расслоения вещества на две фазы. Но переход между теми же состояниями а и b можно произвести и другим способом, если одновременно с уменьшением объема сначала увеличивать, а затем уменьшать температуру, передвигаясь вдоль какого-либо пути в плоскости V, Т, огибающего критическую точку сверху (как это показано пунктиром на рис. 6). При этом нигде не будет происходить скачкообразное изменение состояния, вещество все время будет оставаться однородным, и мы никак не смогли бы сказать, где вещество перестало быть газом и стало жидкостью.

Из диаграммы в плоскости V, T легко найти, что произойдет при нагревании замкнутого сосуда (например, запаянной трубки), содержащего некоторое количество жидкости и находящийся над поверхностью этой жидкости ее пар. Поскольку полный объем вещества постоянен, то мы будем передвигаться вверх вдоль вертикальной прямой в плоскости V, Т. Если объем трубки превышает критический объем (соответствующий данному количеству вещества), эта прямая будет расположена справа от критической точки (AB на рис. 6), и по мере нагревания количество жидкости будет уменьшаться, пока все вещество не обратится в пар (в точке В); при этом исчезновение границы (мениска) между жидкостью и паром произойдет у нижнего конца трубки. Если, напротив, объем трубки меньше критического объема (точка А'), то при нагревании пар будет конденсироваться, пока все вещество не станет (в точке В') жидким; при этом мениск исчезнет у верхнего края трубки. Наконец, если объем трубки совпадает с критическим объемом, то мениск исчезнет где-то внутри трубки, причем это исчезновение произойдет как раз при критической температуре Тк.

в* 228

ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ

[ГЛ. .IX

Приведем значения абсолютных критических температур Тк, давлений рк и плотностей рк ряда веществ.

Вещество Гк. °к Рк. отм г 0к- CM'
Вода........... 647,2 218,5 0,324
Спирт.......... 516,6 63,1 0,28
Эфир........... 467,0 35,5 0,26
Углекислый газ, CO2 . . . 304,2 73,0 0,46
Кислород........ 154,4 49,7 0,43
Водород......... 33,2 12,8 0,031
Гелий (изотоп Не4) .... 5,25 2,26 0,069
Гелий (изотоп Не3) .... 3,33 1,15 0,041

Мы уже указывали в § 52, что твердые (кристаллические) тела принципиально отличаются от жидкостей и газов своей анизотропией. Поэтому переход между жидкостью и кристаллом не может быть осуществлен непрерывным образом, как это возможно для перехода между жидкостью и газом. Мы всегда можем указать, к которой из двух фаз — кристаллической или жидкой — относится тело, в зависимости от того, обладает или не обладает тело качественным свойством анизотропии. Поэтому существование критической точки для процесса плавления невозможно.

§ 70. Уравнение Ван-дер-Ваальса

По мере увеличения плотности газа его свойства все более отклоняются от свойств идеального газа и, в конце концов, наступает его конденсация в жидкость. Эти явления связаны со сложными молекулярными взаимодействиями, и нет способа, которым можно было бы учесть эти взаимодействия количественным образом, с тем чтобы теоретически построить точное уравнение состояния вещества. Можно, однако, построить уравнение состояния, учитывающее основные качественные особенности молекулярного взаимодействия.

Мы описали уже характер взаимодействия молекул в § 39. Быстро возрастающие на малых расстояниях силы отталкивания означают, грубо говоря, что молекулы как § 70]

УРАВНЕНИЕ ВАН-ДЕР-ВААЛЬСА

229

бы занимают некоторый определенный объем, дальше которого газ не может быть сжат. Другое основное свойство взаимодействия заключается в притяжении на больших расстояниях; это притяжение очень существенно, поскольку именно оно приводит к конденсации газа в жидкость.

Начнем с того, что учтем в уравнении состояния (которое мы будем писать для одного моля вещества) ограниченную сжимаемость газа. Для этого надо в уравнении идеального газа p=RT/V заменить объем V разностью V—Ь, где b — некоторая положительная постоянная, учитывающая размеры молекул. Уравнение
Предыдущая << 1 .. 71 72 73 74 75 76 < 77 > 78 79 80 81 82 83 .. 136 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed