December 03 2016 02:27:08
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
кривая сублимации и плавления
Начала термодинамики

Совокупность кривых равновесия фаз на диаграмме ТР, описывающие все три фазы одного вещества, называется фазовой диаграммой (диаграммой состояний). На рис.5.1 приведена фазовая диаграмма трех агрегатных состояний воды: твердого, жидкого и газообразного. Здесь АВ – кривая сублимации (равновесия твердого тела и газа), ВС – кривая испарения (равновесия жидкости и газа), заканчивающаяся в критической точке С, ВD – кривая плавления (равновесия твердого тела и жидкости), В – тройная точка.

img227

Рис. 5.1

Для воды тройная точка характеризуется следующими параметрами: img228К и img229Па. В случае углекислоты CO2 tтр.т. =-57ºС и img230Па, поэтому при атмосферном давлении твердая углекислота (сухой лед) находится в равновесии со своим паром при температуре t=-80ºС. Вследствие этого при комнатной температуре и атмосферном давлении сухой лед лишь испаряется, но не плавится.

В критическом состоянии вещества, которое определяется точкой С, исчезают различия между жидкостью и газом. В области температур img231 нельзя путем повышения давления превратить газ в жидкость. Если совершить термодинамический процесс, которому на фазовой диаграмме соответствует кривая, обходящая критическую точку С справа при img232 и соединяющая области газа и жидкости, то в этом случае газ непрерывным образом переходит в жидкость или наоборот без каких-либо скачков физических характеристик. Д.И.Менделеев определял критическую температуру как температуру абсолютного кипения жидкости без подвода какого-либо тепла извне. В критическом состоянии наблюдаются очень большие флуктуации плотности вещества, которые вызывают интенсивное рассеяние проходящего света и делают среду непрозрачной. Кроме того, в критической точке очень медленно устанавливается термодинамическое равновесие.

В случае воды характеристики критической точки имеют следующие значения: img233, img234, img235. Вода в таком состоянии обнаружена в земной коре на глубине несколько километров.

Согласно (5.10г) вдоль кривых равновесия выполняется равенство

img236                   (5.15)

или с учетом (5.5)

img237               (5.16)

Отсюда получается уравнение Клапейрона – Клаузиуса

img238           (5.17)

Здесь индексы 1 и 2 обозначают граничащие фазы, Т – температура фазовых переходов img239 и img240 - удельная теплота перехода img241.

Уравнение Клапейрона–Клаузиуса позволяет оценить изменение температуры dT фазового перехода, если давление в системе получило приращение dP:

img242               (5.18)

В общем случае зависимости Т(Р) дают кривые равновесия фазовой диаграммы (см.рис.5.1). Интересно отметить, что при внешнем давлении >1010Па вода замерзает при температуре t=100oC.

Для фазовых переходов второго рода уравнение Клапейрона - Клаузиуса теряет смысл, поскольку числитель и знаменатель выражения в правой части равенства (5.17) обращаются в нуль. В случае фазовых переходов второго рода справедливы соотношения Эренфеста, которые связывают скачки теплоемкостей Cv и Cp со скачками объемного коэффициента теплового расширения α и изотермического коэффициента всестороннего сжатия βТ. В качестве примера приведем одно из соотношений Эренфеста

img243 ,                                                  (5.19)

где T и P – температура и давление вещества в точке фазового перехода, img244 и img245 - скачки, испытываемые величинами img246 и α при фазовом переходе.

При повышении давления свойства вещества существенно меняются. Если статическое давление повысить до (3-6)109 Па, то большинство жидкостей затвердевают даже при комнатной температуре. Отметим, что промышленный синтез алмаза на основе нитрида бора происходит при t≥1100 ºС и P≥4*109 Па. В области давлений (1-10)1011 Па наблюдается коллективизация валентных электронов атомов диэлектриков и переход диэлектриков в металлическое состояние. Дальнейшее повышение давления вызывает ионизацию вещества и переход его в плазменное состояние. При этом ядра полностью ионизованных атомов могут вступать в ядерные реакции. Характерная атомная единица давления

Pатом~img247img248Па .

Здесь img249Кл – заряд электрона, img250Ф/м - электрическая постоянная и img251м – радиус первой боровской орбиты атома водорода.

Развитие авиационной, атомной и космической отраслей привело к созданию новой области физики, в которой изучается поведение вещества в экстремальных состояниях с чрезвычайно высокой плотностью энергии. Такие состояния вещества имелись на начальном этапе возникновения Вселенной, они существуют в центре планет и звезд, формируются при ядерных взрывах и термоядерных реакциях, образуются в случае облучения вещества потоками частиц и излучения высокой интенсивности.

В лабораторных условиях экстремальные состояния вещества обычно получают путем воздействия на мишень сходящейся ударной волной, потоком заряженных частиц, лазерным и рентгеновским излучениями, а также взрывом. В результате локально возникает очень большое динамическое давление, которое нагревает и ионизирует вещество. С помощью сходящихся ударных волн в современных лабораториях получают импульсы давления амплитудой до img252 и длительностью img253 Такое давление на три порядка больше, чем в центре Земли и сравнимо с давлением в центре Солнца.

Лазерные системы петаваттной мощности (img254) с предельной интенсивностью светового луча до img255 позволяют достичь амплитуды давления img256 при длительности импульса давления img257 Возникающие электромагнитные поля достаточны для электрического пробоя вакуума за счет генераций электрон – позитронных пар, а также получения кварк – глюонной плазмы – пятого состояния вещества.

Максимальная величина давления, рассматриваемая в современной теоретической физике, есть планковская величина

img258,

где с – скорость света в вакууме, G – гравитационная постоянная и h – постоянная Планка.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.05 секунд 4,189,983 уникальных посетителей