Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Сивухин Д.В. -> "Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика" -> 181

Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика - Сивухин Д.В.

Сивухин Д.В. Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика — Физматлит, 1970. — 565 c.
Скачать (прямая ссылка): obshiykurstermodinamika1970.djvu
Предыдущая << 1 .. 175 176 177 178 179 180 < 181 > 182 183 184 185 186 187 .. 240 >> Следующая

Температура кипения обычного гелия (Не4) при нормальном давлении равна 4,2 К. Заставляя Не4 кипеть под пониженным давлением, можно достигнуть температуры 0,7—1 К. Для получения температур ниже 1 К употребляют ванны с жидким Не3, который имеет более низкую температуру кипения (3,2 К)- Откачивая ванну с жидким Не3, удается понизить температуру до 0,3 К. Для получения еще более низких температур применяется метод адиабатического размагничивания парамагнитных солей и эффект охлаждения при растворении Не3 в сверхтекучем Не4. О методе адиабатического размагничивания мы будем говорить в третьем томе нашего курса. Наинизшая температура, достигнутая таким методом, составляет
0,0014 К.
ЗАДАЧА
Теплоизолированный сосуд наполнен газообразным гелием при температуре Тп -- 10 К (выше критической точки). Газ медленно вытекает через капиллярную трубку до тех пор, пока давление в сосуде не станет равным !\ = 1 атм, а температура ї'і — 4,2 К (точка кипения гелия при нормальном давлении)- Найти
§ 105] ПОЛУЧЕНИЕ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР И СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ 413
начальное давление газа в сосуде Р, если в конце процесса сосуд оказался полностью заполненным жидким гелием. Теплота испарения гелия при 4,2 К равна q = 20 кал/моль. Газообразный гелий считать идеальным газом.
Решение. При медленном вытекании состояние вещества в сосуде может считаться равновесным. А так как сосуд теплоизолировал, то удельная (а, следовательно, и молярная) энтропия газа в сосуде должна оставаться неизменной. При обратимом адиабатическом расширении с совершением внешней работы газ охлаждается. По достижении некоторой температуры дальнейшее понижение давления газа сопровождается не только понижением температуры, но н конденсацией его в жидкость. Этот процесс также является равновесным и идет без изменения энтропии. Для изменения энтропии моля вещества при переходе из начального (газообразного) состояния в конечное (жидкое) состояние можно написать
Подставив сюда PdV = RdT—VdP=RdT — RT —р- и учтя соотношение Ср = Cv + R, получим
dP
Приравнивая /S.S нулю, находим
У Q
ГЛАВА IX ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
* *
§ 106. Поверхностное натяжение и некоторые явления, с ним связанные
1. На молекулу жидкости действуют силы притяжения со стороны окружающих молекул. Если молекула находится внутри жидкости и удалена от ее поверхности на расстояние, превышающее радиус сферы молекулярного действия, то, как было выяснено в § 98 (см. рис. 96), эти силы в среднем уравновешиваются. Если же молекула находится в приграничном слое, толщина которого равна радиусу сферы молекулярного действия, то появляется результирующая сила, направленная внутрь жидкости. Поэтому для извлечения молекулы из внутренних частей жидкости на ее поверхность требуется затрата работы. Работа, которую надо затратить, чтобы изотермически и квазистатически увеличить поверхность жидкости на единицу при сохранении ее объема неизменным, называется коэффициентом поверхностного натяжения или просто поверхностным натяжением.
Изотермическая работа, как известно, равна убыли свободной энергии системы (см. §45). Свободную энергию жидкости, на которую не действуют внешние силы, можно представить в виде
?=?o6-pFnol„ (106.1)
где Ч"об — объемная составляющая свободной энергии, а Ч'поп — поверхностная. Первая составляющая пропорциональна объему, вторая — поверхности жидкости (при условии, что плотность жидкости и ее температура поддерживаются постоянными). Разделить полную свободную энергию W на указанные две части принципиально можно следующим образом. При увеличении объема жидкости (когда форма ее остается неизменной) отношение поверхности к объему убывает и в пределе обращается в нуль. Если объем жидкости V достаточно велпк, то поверхностной частью свободной энергии можно полностью пренебречь и вычислить объемную плотность свободной энергии по формуле ч})об = Ч'об/У — УIV. Величина я};об не зависит от объема жидкости, а только от ее плотности и температуры. Если же объем жидкости не велик, то величина г[)обУ уже не будет равна всей свободной энергии жидкости 'F. Оставшаяся часть V —я]'<ібУ и даст величину поверхностной свободной энергии.
На основании определения, введенного выше, можно написать
Уш, в = о/г,
§ 106]
ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
415
где F — площадь поверхности жидкости, а а — поверхностное натяжение. Таким образом, поверхностное натяжение можно также определить как свободную поверхностную энергию жидкости, приходящуюся на единицу ее поверхности.
В одном предельном случае можно полностью пренебречь объемной частью свободной энергии. Это случай, когда жидкость существует в форме тонких пленок. Примером могут служить мыльные пленки. В этих случаях говорят, что жидкость находится в пластинчатом состоянии. В таких состояниях явления, связанные с поверхностным натяжением, выступают в наиболее простом и чистом виде, поскольку на них не накладываются эффекты, обусловленные объемными свойствами тел. Мы будем проводить многие рассуждения применительно к жидкостям в пластинчатом состоянии, так как это облегчает рассуждения. Полученные результаты будут справедливы не только для жидких пленок, по и для жидкостей вообще. Надо только брать пленки, толщина И которых не меньше диаметра сферы молекулярного действия.
Предыдущая << 1 .. 175 176 177 178 179 180 < 181 > 182 183 184 185 186 187 .. 240 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed