yavor1 (553178), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Произведем процесс сжатия пара при более высокой температуре Т,) Т. Мы заметим, что состояние насыщенного пара получится при новом объеме 1>;('г', (рнс. 35.6). Это легко объяснится с ростом температуры давление насыщенного пара быстро нарастает (см. 3 35.3), и для того, чтобы давление перегретого пара сравнялось с ним, следует объем лара существенно уменьшить.
В то же время полная конденсация насыщенного пара и касание поршнем поверхности жидкости произойдет при объеме 1>;) 1',. Причина заключается в тепловом расширении жидкости, которая при более высокой температуре занимает больший объем. Это позволяет дать такое определение: критической называется температура, при которой плотность насыщенного пара равна плотности жидкости. Критическое состояние вещества можно наблюдать на опыте, предложенном М. П. Авенариусом (рис. 35.8). В запаянной стеклянной колбочке находится некоторое количество эфира.
При низкой температуре видна резкая граница между жидкостью н насыщенным паром. Если сосуд нагреть, то уровень жидкости повышается, несмотря на то, что часть ее при нагревании испарилась. Это свидетельствует о существенном уменьшении плотности жидкости и возрастании плотности пара. Прн критической температуре граница между жидкостью и паром исчезает и весь объем вещества внутри сосуда становится мутным.
Это вызвано тем, что при критической температуре за счет флуктуаций плотности во всем объеме непрерывно возникают и тут же испаряются микроскопические капельки жидкости. Они-то и рассеивают свет. 3. Выше критической температуры жидкость, а тем более кристалл не обра. зуются даже при больших давлениях. Причина заключается в том, что здесь интенсивность теплового движения молекул (нли атомов) оказывается настолько большой, что даже при относительно плотной их упаковке, вызванной большим давлением, молекулярные силы не могут обеспечить создание даже ближнего, а тем более дальнего порядка.
Зто значит, что прн сверхкритических температурах даже при очень больших давлениях возможно только газообразное состояние вещества, характеризующееся полной неупорядоченностью движения частнц, нз которых оно состонт. 4. Прн очень высоких температурах и чудовищных давлениях, вызванных сильным гравитационным полем, в некоторых типах звезд, называемых «белыми карликамна, вещество переходит в особое сверхплотное состояние.При этом электроны отрываются от ядер, образуя электронный газ, наподобие тому, как это имеет ивето в металлических кристаллах. Однако между этими состояниями имеется существенное отличие.
В металлах атомы теряют только внешние (валентные) электроны, а возникшие ионы образуют пространственную кристаллическую решетку. В сверхплотном состоянии атомы лишаются всех электронов, и оставшиеся голые ядра, размеры которых примерно в 1О тысяч раз меньше размеров атомов, образуют очень плотную, но совершенно неупорядоченную упаковку. Плотность вещества при этом оказывается колоссальной, порядка 1О' — 1Оа кг)мз. Стакан такого вещества (200 смз) имел бы массу около 20 тонн (стакан ртути нм«ет массу около 3 кг). И тем не менее данное состояние вещества, называемое сверхплотной плазмой, по своей структуре и свойствам ближе к газу, чем к кристаллу кли жидкости.
Но этот газ по своим свойствам резко отличается от идеального. 3 35.5. Влажность воздуха 1. Абсолютную влажность воздуха 1 оценивают по массе водяных паров, содержащихся н 1 м' воздуха при данных условиях, т. е. по плотности водяного пара. Для удобства вычислений плотность выражают не в единицах системы СИ, а в граммах на кубический метр: (35.9) )' — р„, (г/ ) В метеорологии обычно абсолютную влажность оценквают не по плотности пара, а по его давлению, выраженному в миллиметрах ртутного столба, т. е.пола- 344 гмот / = р (мм рт.
ст.). Покажем, что чнсленные значення зтнх величаи прн температурах, близких к камнатно», мало отличаются (см. табл. 35.1). Согласно уравненню идеального газа р =.- рцТ/М (см. (26.18)). Для водяного пара М = 18 кг/кмоль. Еслн давление выразить в мнллвметрах ртутного столба (1 мм рт. ст. =- !33,3 Па, см. $26.2), а плотность — в граммах на ! мз (1 г/ма =-. =- 10-а кгlма), то уравнекне газового состояння длн пара примет внд 133,3 р=-0,463рТ, откуда р (мм рт. ст.) . —РТ,'288 (г/мз) . А так как комнатные температуры Т вЂ” 300 К, то р(мм рт. ст.) = р (г/ыз). 2. Абсолютную влажность можно определить по аючке росы.
Так называется температура, при которой пары, не насыщавшие ранее воздух, станут насыщающими. Так, из табл. Зб.! следует, что если абсолютная влажность воздуха равна 5,60 г/ы", то при 2' С пары станут насыщеинылш и выпадет роса. Рнс. 35.9. Рнс. 35.10. Точку росы определяют с помощью гигрометров (от греческого 1!унтов — влажный). Гигрометр Ламберта изображен (схематично) на рис. 35.9. В сосуд А наливается эфир, и через него грушей продувается воздух.
При интенсивном испарении эфира температура понижается; когда она станет равна точке росы, стенки сосуда запотевают. Кольцо К отделено от сосуда шайбой из материала, который плохо проводит тепло, поэтому оно не охлаждается. Контраст между блестящим кольцом н запотевшим сосудом облегчает регистрацию момента запотевания. Точку росы определяют по термометру Т, ртутный шарик которого погружен в эфир. зчб 3. Введенное выше понятие абсолютной влажности является недостаточным, ибо пас интересует не только абсолютное содержание влаги в воздухе, ио и то, в какой степени влажность близка к состоянию насыщения. Поэтому вводится понятие относительной влажности В. Относительной влажностью назьюается отношение абсолютной влажности к плотности (в метеорологии — к давлению) насыщенноао пара при данной температуре: 8=-И„„Е „„.
(35. 1О) 4. Измерив с помощью гигрометра точку росы и зная температуру воздуха, можно с помощью табл. 35.1 определить относительную влажность. Например, если точка росы равна 8' С, а температура воздуха 19'С, то относительная влажность Однако обычно относительную влажность определяют другими приборами — волосяными, пленочными или полупроводниковыми гигрометрами, а танже с помощью психрометров.
Так называется прибор, состоящий из двух термометров„шарик одного из ннх обмотан батистом, конец которого опущен в сосуд с дистиллированной водой (рис. 35.10). Сухой термометр регистрирует температуру воздуха, влажный — температуру испаряющейся воды. Мы уже говорили о том, что при испарении жидкости ее температура понижается (см. з 35.1). Очевидно, что чем суше воздух, т. е. меньше его относительная влажность, тем интенсивнее идет процесс испарения воды с влажного батиста и тем больше он охлаждается.
Наоборот, если воздух содержит много паров и его относительная влажность велика, то испарение воды с батиста будет идти медленно и он будет слабо охлаждаться. Таким образом, разность показаний сухого и влажного термометров (так называемая психрометрическая разность) зависит от относительной влажности воздуха. С помощью специальных таблиц можно легко найти влажность воздуха по психрометрической разности.
ГЛАВА 36 ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ $36.1. Изменение агрегатного состояния 1. Опыт показывает, что при нагревании твердых тел они плавятся, а затем испаряются; охлаждение вещества приводит к обратному процессу. Возможны случаи, когда при повышении температуры нристалла он не плавится, а сразу испаряется (сублимирует). Оказывается, что существенную роль здесь играет не только температура, но и величина давления над поверхностью вещества. Агрегатное состояние вещества зависит от его температуры и давления над его поверхностью.
346 Переходы вещества из одного агрегатного состояния в другое, сопровождающиеся изменением характера упаковки частиц (дальний порядон, ближний порядок или полная неупорядоченность), называются фазовыма переходами первого рода. 2. Как показал акад. Л. Д. Ландау, существуют и фазовые переходы второго рода. При этих переходах меняются некоторые свойства вещества, но характер упаковки частиц не меняется, о чем свидетельствует рентгеноструктурный анализ.
Некоторые фазовые переходы второго рода будут рассмотрены при изложении магнитных свойств вещества (см. гл. 42). 2 36.2, Диаграмма перехода жидкость — газ 1. Рассмотрим несколько подробнее график функции (35.8), выражающей зависимость давления насыщенного пара от температуры (рис. 36.1). Здесь точка А, лежащая на графике, соответствует двукфазному состоянию — насыщенному пару, расположенному над жидкостью и находящемуся с ней в состоянии динамического рав- у(„,~.ее7ез новесия. Выясним, каким состояниям соответствуют точки В, С, 0 и Е„расположенные вне кривой. 2. Переход из состояния А в состояние В происходит путем изотермического повышения давления. Но мы уже выяснили в 4 гав й 35.4, что при изотермическом сжатии насыщенного пара он переходит в жидкость. Сле- Рнс.
збд, довательно, точка В соответствует жидкости, сжатой до давления, которое больше давления насыщенного пара при данной температуре. Легко убедиться, что точка С соответствует состоянию жидкости, температура которой ниже температуры насыщенного пара при данном давлении. Таким образом, точки, лежащие над ириной, соответствуют жидкому состоянию вещества. 3. Переход из состояния А в состояние О совершается путем изотермического понижения давления. Как было показано в 4 35.4, изотермическое расширение насыщенного пара приводит к испарению жидкости и дальнейшему превращению насыщенного пара в ненасыщенный, т. е.
в газообразное состояние. Точка О соответствует газу, давление которого ниже давления насыщенного пара при данной температуре. Точно тан же нетрудно убедиться, что точка Е соответствует газообразному состоянию вещества, температура которого выше температуры насыщенного пара при данном давлении, т. е. перегретому пару. Таким образом, точки, лежащие под кривой, соответствуют газообразному состоянию вещества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
