Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Сивухин Д.В. -> "Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика" -> 207

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 .. 201 202 203 204 205 206 < 207 > 208 209 210 211 212 213 .. 240 >> Следующая

2D (Рвас— Рею) 2D (1 —/) рнас
472
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ [ГЛ. X
4. Решить предыдущую задачу для капли с начальным радиусом а0 — 0,1 мм в предположении, что воздух насыщен водяными парами.
Решение. Введя в формулу (118.10) вместо плотности пара его давление, получим
т = ^^[Рнас(«)-Рю].
По формуле Томсона (118.3), если в ней в знаменателе пренебречь получим
р _____р — 2стРп — 2а — Это дает
ас , “ а ра рж‘ Д
8яСцаРсо т~ RTp* •
Величина т не зависит от размеров капли, а потому
4зх
з Ржа» RTp^al
t =---------= ---- =«225 часов.
т ЬІ)\іарш
§ 119. Метастабильные состояния
1. Теперь легко понять, почему можно перегреть жидкость даже при наличии в ней пузырьков какого-либо газа или пара самой жидкости. Для перегревания необходимо только, чтобы пузырьки были достаточно малы. Допустим, что пузырек настолько мал, что давление насыщенного пара внутри него значительно ниже соответствующего давления пара над плоской поверхностью при той же температуре. Если пузырек состоит из пара, то он будет сжат гидростатическим давлением окружающей жидкости и в конце концов исчезнет даже в том случае, когда температура жидкости заметно превышает температуру кипения. Если же пузырек газовый, то по той же причине он не может увеличиваться в объеме за счет испарения жидкости. Отсюда следует, что слишком малые пузырьки, как зародыши парообразной фазы, не эффективны. Для того, чтобы жидкость при заданной температуре закипела, необходимо, чтобы размеры пузырьков были не меньше определенного предела.
2. Совершенно так же обстоит дело с пересыщенным паром. Это тоже метастабильное состояние вещества. На изотерме Ван-дер-Ваальса ему соответствует участок AG (см. рис. 133). Давление пересыщенного пара Р больше давления насыщенного пара при той же температуре. Допустим, что в пересыщенном паре образовались капельки жидкости, например из-за тепловых флуктуаций. Если их размеры меньше определенного предела, то они испарятся. Действительно, давление пара, находящегося в равновесии с жидкой каплей, тем больше, чем меньше ее радиус. Если это давление превосходит Р, то капля будет испаряться и в конце концов исчезнет. Такие малые капли, как центры конденсации, неэффективны. Капля будет расти, а следовательно, пар конденсироваться в жид-
§ 119]
МЕТАСТАБИЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ
473
кость, если равновесное давление пара над ее поверхностью меньше давления окружающего пересыщенного пара. Это имеет место для достаточно больших капель. Наличие пыли или других мелких частиц в пересыщенном паре способствует конденсации. Дело в том, что капелька жидкости, образовавшаяся на пылинке, не будет иметь сферическую форму. Ее форма определяется формой и размерами самой пылинки. Ввиду этого кривизна поверхности капли, даже при очень малых размерах последней, может быть невелика. Такие капли являются эффективными центрами конденсации.
Еще более эффективными центрами конденсации являются электрически заряженные частицы или ионы. Когда проводящий шар заряжен электричеством, то электрические заряды, отталкиваясь друг от друга, располагаются на его поверхности. Но и находясь на поверхности, они продолжают отталкиваться. Таким образом, на поверхностные заряды действуют силы, направленные наружу шара. Такие силы, как это будет показано в учении об электрических явлениях, действуют и на границе заряженного диэлектрического шара, если даже заряды располагаются не на поверхности, а по объему шара. Эти выталкивающие силы существуют и в случае заряженной капли. Они направлены противоположно силам лапласова капиллярного давления, обусловленного кривизной поверхности капли. Таким образом, влияние заряда капли эквивалентно уменьшению поверхностного натяжения. Вследствие этого давление насыщенного пара над заряженной каплей меньше, чем над незаряженной тех же размеров. Этим и объясняется, почему заряд капли способствует конденсации пара.
3. Пересыщенный водяной пар, как это подробно было выяснено в § 115, можно получить быстрым адиабатическим расширением влажного воздуха. Этот принцип используется в одном из основных приборов ядериой физики и физики элементарных частиц — камере Вильсона. Камера Вильсона представляет собой герметически замкнутый объем, заполненный неконденсирую-щимся газом (гелий, аргон, азот и пр.) и насыщенными парами некоторых жидкостей (вода, этиловый спирт и пр.). Одна из стенок камеры делается подвижной (в виде поршня или упругой диафрагмы), что позволяет менять величину рабочего объема камеры. При адиабатическом расширении в рабочем объеме создается пересыщенный пар Жидкости. Он не конденсируется, пока нет центров конденсации. Если, однако, через пар пролетает заряженная частица, то на своем пути она создает много ионов, на которых пересыщенный пар конденсируется в виде маленьких капелек, достигающих видимых размеров. Получаются цепочки капелек, расположенные вдоль траектории ионизующей частицы. Они называются треками. Их можно осветить и сфотографировать. Изучение параметров трека (его длины, кривизны в магнитном
474 ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ [ГЛ. X
Предыдущая << 1 .. 201 202 203 204 205 206 < 207 > 208 209 210 211 212 213 .. 240 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed