 |
|
Равновесие системы жидкость-пар
Над жидкостью всегда образуется пар. Равновесному состоянию двухфазной системы жидкость-пар соответствует насыщенное состояние пара. В состоянии насыщения переход молекул из жидкости в пар компенсируется обратным их переходом из пара в жидкость.
Установить зависимость давления насыщенного пара от температуры можно с помощью следующего устройства.
На графике представлена зависимость 
от температуры. Линия 
называется кривой фазового равновесия жидкость-пар или кривой насыщения. Ниже кривой располагаются точки, изображающие состояния с давлением паров, меньшим давления насыщения (ненасыщенные пары). Из ненасыщенного состояния в насыщенное можно перейти различными путями: например изотермическим сжатием 1-2 или изобарическим охлаждением 1-в.
Любая точка над кривой насыщения соответствует жидкому состоянию или пересыщенному пару. Пересыщенные состояния пара возможно только в отсутствие центров конденсации (твердых частиц, взвешенных капель). Эти состояния неустойчивые. Если, например, воздух очень тщательно очищен от пыли и других центров конденсации, то конденсация паров воды не наступает при пересыщениях до 400%. Наблюдаемый в чистом небе белый след за летящим на большой высоте самолетом есть результат конденсации пересыщенных паров на частицах топлива, выбрасываемых двигателем.
Часть изотермы 2-а может изображать как сжатие пересыщенного пара, так и сжатие жидкости.
Характерной особенностью кривой насыщения в координатах p,T является ее ограничение при высоких температурах. В конечной точке кривой насыщения жидкость и пар становятся тождественными по своим свойствам. Состояние вещества, при котором исчезает различие между жидкостью и паром, называется критическим и характеризуется параметрами: 
и 
. Точка К соответствует критическому состоянию вещества.
На рисунке показано, как применяются плотности жидкости и насыщенного пара в зависимости от температуры. Критическая точка К является общей для обеих ветвей, в этой точке плотности жидкости и пара равны.
Вдали от критической точки насыщенные пары могут иметь настолько малую плотность, что для описания их свойств можно использовать уравнение Менделеева-Клапейрона. Например, для насыщенных паров воды при 100°С это вполне допустимо.
Изображенная изотерма соответствует реальному газу при наличии центров конденсации. При отсутствии центров конденсации возможно получение пересыщенных состояний, что соответствует пунктирной кривой 2-а-в. Однако пересыщенные состояния нестабильны. Центры конденсации, например, могут возникнуть при столкновении одновременно нескольких частиц, могущих стать зародышами жидкой фазы.
Конденсированная фаза также может находиться в мегастатичных состояниях. Ими могут быть, например, перегретые состояния жидкости.
На следующем рисунке изображены изотермы для нескольких температур.
Горизонтальные участки изотермы соответствуют переходу жидкость-пар. При критической температуре горизонтальный участок вырождается в точку перегиба (критическую точку). Изотерму, содержащую критическую точку, называют критической изотермой.
При больших температурах образование жидкости уже невозможно. Поэтому критическая температура это такая температура, при которой уже нельзя сжатием осуществить сжатие вещества. Поэтому для сверхкритических состояний не имеет смысла газ называть паром.
