1598082719-8919f39816a16b7b9e8153327d533cc4 (805677), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Такую жидкость называют переохлажденной. Состояние переохлажденной жидкости неустзйчиво, как и состояние пересыщенного пара. Требуются особые условия, чтобы переохлажденная жидкость не переходила в твердое кристаллическое состояние. Обычно бывает достаточно незначительных причин, например, встряхивания переохлажденной жидкости, чтобы началась ее кристаллизация, Образование кристаллической твердой фазы из жидкости зависит не только от наличия центров кристаллизации и интенсивности отвода теплоты кристаллизации, но и от скорости, с которой частицы жидкости поступают к поверхности образующегося кристалла.
Поэто. му повышение вязкости жидкости способствует переводу ее в пере- охлажденное состояние и уменьшает скорость кристаллизации. 7, Температура кристаллизации жидкой фазы вещества так же, как и равная ей температура плавления твердой фазы, зависит от наличия примесей. Примеси понижают температуру кристаллизации вещества, если только они не образуют с ним «смешанныхь кристал- — 342— Ряс.
!злэ лов, называемых твердыми растворами. Так, например, морская вода, содержащая в себе растворенные соли, кристаллизуется при более низкой температуре, чем дистиллированная вода. На этом свойстве основано приготовление различных растворов (водоспиртовых и др.), замерзающих при низких температурах, а также различных охлаждающих смесей (льда с поваренной солью, хлористым кальцием и др.), плавящихся при температурах, намного меньших 0'С. На рис, 15.10 показан характер зависимости температуры кристаллизации раствора, образованного двумя различными веществами А и В, от концентрации в нем вещества В.
Вещества А н В химически не взаимодействуют друг с другом и кристаллнзуются из раствора порознь, т. е. не образуют твердых растворов. Точки А н В определяютт температуры кристаллизации (плавления) чистых веществ А и В. гв Из рисунка видно, что добавление Р примеси одного из веществ к друго- 7„ му вызывает понижение температуры кристаллизации раствора (нли гэ температуры плавления образующегося при этом сплава). Прн неко- С'у~ торой концентрации С„ вещества с,,~ с !эа' В в сплаве, соответствующей точке В, достигается минимальное значение температуры плавления (кристаллизации). Сплав такого состава называют звтектнкой, а температуру Т„ плавления эвтектикн называют эвтектической точкой, Например, для сплава свинца (вещество А) и сурьмы (вещество В) эвтектнка содержит 87% свинца и 13' сурьмы (С„= 1ЗэА). Температуры плавления свинца и сурьмы соответственно равны 500 К и 903 К, а эвтектнческая точка равна 519 К.
Плавление и кристаллизация эвтектики протекают при постоянной температуре Т„. Иначе протекают зтн процессы у сплавов другого состава. В качестве примера рассмотрим процесс кристаллизации раствора, концентрация которого С ~ С„ (см. рис. !5.!О). При достижении температуры, определяемой точкой О, начинается кристаллизация. Однако из раствора выделяются не оба вещества А и В, а лишь то, избыток которого в растворе определяет отличие С от С„.
Таким образом, в рассматриваемом примере из раствора выкристаллизовывается вещество В. Поэтому концентрация В в растворе уменьшается и соответственно понижается температура кристал. лиэацни (вдоль кривой 1)Э). Этот процесс продолжается до тех пор, пока концентрация раствора не становится равной С„ и не начинается и з о т е р м и ч е с к а я кристаллизация эвтектнки, Характер уменьшения температуры прн равномерном охлаждении рассматриваемого сплава представлен на рис. 15.11, где по оси абсцисс отложено время т, а по оси ординат — температура системы. Участок 1 — 2 соответствует охлаждению раствора до температуры начала кристалли- зации То, участок 2 — 3 — выделению из раствора кристаллов вещества В, участок 3-4 — кристаллизации эвтектики и 4 — 3 — охлаждению твердого сплава.
При плавлении сплава процесс идет в обратном направлении. Эвтектика представляет собой с м е с ь мелких кристалликов обоих веществ А и В, одновременно образующихся из раствора. В сплаве с С "» С„, эвтектика заполняет промежутки между кристаллами веще- ства В. Т 8.
Испарение твердых тел, проис- 1 ходящее прн любой температуре, сопровождается поглощением теплоты испарения. Т е п л о т а и с п а р ен и я затрачивается на непосредст- Т, — 2 венный «отрыв» частиц с поверхности кристалла. Существует ряд твердых ! веществ, которые достаточно легко Ф ! испаряются при обычных условиях 41 — т — -, (иапрнмер, нафталин, камфора, лед). ! , '~ 3 Сушка белья на морозе возможна ! благодаря быстрому испарению льда. К трудно испаряющимся твердым вежибх Кр«4лхи«элгбих Тб, б ело ществам откос ятся металлы. Теплота испарения твердых тел Раа ! б. ! !.
зависит от температуры. Она возра- стает при понижении температуры твердого тела и уменьшается при его нагревании. На основании закона сохранения энергии легко установить связь между теплотами испарения твердых тел и жидкостей при температуре плавления: разность этих теплот равна теплоте плавления. Так, например, при нормалэных условиях (Т = 2?3 К, р = 1,0 ! 0' Па), удельная теплота плавления льда равна 3,35 10«Дж/кг (80 ккал/кг), удельная теплота парообразования воды — 24,9 1О» Дж/кг (596 ккал/кг), а удельная теплота испарения льда — около 28,1 1О' Дж/кг (6?О ккал/кг). 9.
До сих пор мы рассматривали равновесие твердого тела с жидкостью и жидкости с паром. Очевидно, что для процесса сублимации тоже можно построить кривую равновесия твердого тела и пара. Эту кривую можно назвать кривой сублимации. Если для одного и того же вещества построить в диаграмме Т вЂ” р кривые равновесия жидкость — пар и твердое тело — жидкость, то они пересекутся в некоторой точке М, характеризуемой вполне определенными значениями температу ы и давления. 1 а рис. !6.12 видно, что в точке М вещество одновременно находится в твердой, жидкой и паровой фазах, которые равновесно сосуществуют друг с другом.
Поэтому ясно, что через точку М должна проходить также и третья кривая фазового равновесия — кривая сублимация АМ. Эту точку называют тройной точкой. Состояние, соответствующее тройной точке, — единственное, в котором вещество находится в трех равновесно сосуществующих фазах — твердой, жид- — 344— Таблица !7 гм 'с з, пе Вещество Вода У"глекислота Тяжелая вода 0,01 — 56,7 3,82 002 5,17 10» 697 В таблице !7 приведены параметры состояния некоторых веществ в тройной точке.
Из таблицы видно, что при давлениях, близких к атмосферному, углекислота может существовать только в твердом Р («сухой лед») и газообразном со- Тдардзс Жцдкзцнь стояниях. У большинства твердых л?юлз тел давление насыщенных паров так мало, что испарение не играет существенной роли. гчм 10. Наряду с фазовыми превращениями ! рода, рассмотренными ПОР выше, существуют фазовые превра- А щения !1 рода. Эти фазовые превра- 1 щения не связаны с поглощением Ти Т или выделением теплоты фазового перехода.
При этих превращениях Рис. 1Э.12. скачкообразно изменяются тепло- емкости, сжимаемость, коэффициенты теплового расширения и некоторые другие характеристики вещества. Примером такого фазового перехода служит превращение железа в точке Кюри (Т = 1043 К), где оно теряет свои особые ферромагнитные свойства. Примерами фазовых переходов П рода являются также превра1дение гелия 1 в гелий 11 и переход некоторых металлов и сплавов при очень низких температурах в сверхпроводящее состояние.
Вопросы дпя повторения 1. Каковы особенности структуры твердых тел? 2. Чем объяснить тепловое расширение твердых тел? 3, В чем различие механизмов процесса теплопронодности у металлов в других твердых тел? 4. Сформулируйте закон Дюлонга и Пти. Как получить »тот закон на основе классической теории теплоемкостн? Какие трудности возникают в атой теории прн ее применении к металлам? б. В чем состоит основная идея квантовой теории теплоемкости твердых тел? б, Расскажите о фазовых превращениях вещества н начертите соответствующие кривые фазовых равновесий в диаграмме Т вЂ” р.
кой и газообразной. При давлениях, меньших чем давление тройной точки, вещество не может существовать в жидкой фазе ни при каких температурах. Глава ХЧ! МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЯ И ГАЗОВ $16Л. Течение жидкостей и газов 1. Раздел физики, в котором рассматривают законы равновесия и движения жидких и газообразных тел, а также их взаимодействия с твердыми телами, называют гидроаэромеханикой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
