Ս.Ա. Գոլորշիացում
Բոլոր գազերն են ցանկացած նյութի գոլորշիներ, հետևաբար գազ և գոլորշի հասկացությունների միջև հիմնարար տարբերություն չկա: Ջրային գոլորշին երեւույթ է։ իրական գազ և լայնորեն կիրառվում է տարբեր ոլորտներում։ Դա բացատրվում է ջրի ամենուր տարածվածությամբ, դրա էժանությամբ և մարդու առողջության համար անվնասությամբ։ Ջրի գոլորշին առաջանում է ջրի գոլորշիացման արդյունքում, երբ ջերմություն է մատակարարվում դրան:
Գոլորշիացումկանչեց հեղուկը գոլորշու վերածելու գործընթացը.
Գոլորշիացումկանչեց գոլորշիացում, որը տեղի է ունենում միայն հեղուկի մակերեսից և ցանկացած ջերմաստիճանում: Գոլորշիացման ինտենսիվությունը կախված է հեղուկի բնույթից և ջերմաստիճանից:
Եռումկանչեց գոլորշիացում հեղուկի ողջ զանգվածով:
Գոլորշին հեղուկի վերածելու գործընթացը, որը տեղի է ունենում, երբ ջերմությունը հանվում է դրանից և հանդիսանում է գոլորշիացման հակառակ գործընթաց, որը կոչվում է. խտացում. Այս գործընթացը, ինչպես նաև գոլորշիացումը տեղի է ունենում մշտական ջերմաստիճանում:
Սուբլիմացիակամ սուբլիմացիականչեց նյութի պինդ վիճակից անմիջապես գոլորշու փոխվելու գործընթացը։
Գործընթացը սուբլիմացիայի գործընթացի հակառակն է, այսինքն. գոլորշու անմիջապես պինդ վիճակի անցնելու գործընթացը, որը կոչվում է. սուբլիմացիա.
Հագեցած գոլորշի.Երբ հեղուկը գոլորշիանում է սահմանափակ ծավալով, միաժամանակ տեղի է ունենում նաև հակառակ գործընթացը, այսինքն. հեղուկացման երևույթ. Քանի որ գոլորշին գոլորշիանում է և լցնում հեղուկի վերևի տարածությունը, գոլորշիացման ինտենսիվությունը նվազում է և հակառակ գործընթացի ինտենսիվությունը մեծանում է: Ինչ-որ պահի, երբ խտացման արագությունը հավասարվում է գոլորշիացման արագությանը, համակարգում առաջանում է դինամիկ հավասարակշռություն: Այս վիճակում հեղուկից դուրս թռչող մոլեկուլների թիվը հավասար է այն մոլեկուլների քանակին, որոնք վերադառնում են դրա մեջ: Հետևաբար, այս հավասարակշռության վիճակում գոլորշիների տարածության մեջ կլինեն առավելագույն թվով մոլեկուլներ: Գոլորշին այս վիճակում ունի առավելագույն խտություն և կոչվում է. հարուստ. Հագեցած ասելով հասկանում ենք գոլորշին, որը հավասարակշռության մեջ է այն հեղուկի հետ, որից առաջանում է: Հագեցած գոլորշին ունի ջերմաստիճան, որը նրա ճնշման ֆունկցիան է, որը հավասար է այն միջավայրի ճնշմանը, որտեղ տեղի է ունենում եռման գործընթացը: Երբ մշտական ջերմաստիճանում հագեցած գոլորշիների ծավալը մեծանում է, հեղուկի որոշակի քանակությունը վերածվում է գոլորշու, իսկ երբ ծավալը նվազում է հաստատուն ջերմաստիճանում, գոլորշին վերածվում է հեղուկի, բայց թե՛ առաջին, թե՛ երկրորդ դեպքում գոլորշիների ճնշումը մնում է։ մշտական.
Չոր հագեցած գոլորշիստացվում է, երբ ամբողջ հեղուկը գոլորշիանում է: Չոր գոլորշու ծավալը և ջերմաստիճանը ճնշման ֆունկցիա են: Արդյունքում չոր գոլորշու վիճակը որոշվում է մեկ պարամետրով, օրինակ՝ ճնշում կամ ջերմաստիճան։
Թաց հագեցած գոլորշի, հեղուկի թերի գոլորշիացման հետևանքով, երևույթ. գոլորշու խառնուրդ հեղուկի փոքր կաթիլներով, որը հավասարաչափ բաշխված է ամբողջ զանգվածով և կախված է դրա մեջ:
Չոր գոլորշու զանգվածային բաժինը թաց գոլորշու մեջ կոչվում է. չորության աստիճանըկամ զանգվածային գոլորշու պարունակությունը և նշվում է x-ով: Թաց գոլորշու մեջ հեղուկի զանգվածային բաժինը կոչվում է. խոնավության աստիճանըև նշանակվում է y-ով: Ակնհայտորեն y=1-x. Չորության աստիճանը և խոնավության աստիճանը արտահայտվում են միավորի կոտորակներով կամ տոկոսներով։
Չոր գոլորշու համար x=1, իսկ ջրի համար x=0։ Գոլորշի առաջացման գործընթացում գոլորշու չորության աստիճանը աստիճանաբար զրոյից բարձրանում է մեկ։
Երբ ջերմությունը հաղորդվում է չոր գոլորշու մշտական ճնշման տակ, դրա ջերմաստիճանը կբարձրանա: Այս գործընթացում արտադրվող գոլորշին կոչվում է. գերտաքացած.
Քանի որ գերտաքացվող գոլորշու հատուկ ծավալը մեծ է հագեցած գոլորշու հատուկ ծավալից (քանի որ р=const, tper>tн), ապա գերտաքացած գոլորշու խտությունը ավելի փոքր է, քան հագեցած գոլորշու խտությունը։ Հետեւաբար, գերտաքացվող գոլորշին է չհագեցած. Իր ֆիզիկական հատկությունների առումով գերտաքացած գոլորշին մոտենում է իդեալական գազերին։
10.3. Ռ, v- ջրի գոլորշիների դիագրամ
Դիտարկենք գոլորշիացման գործընթացի առանձնահատկությունները: Թող 0 C ջերմաստիճանի բալոնում լինի 1 կգ ջուր, որի մակերեսին մխոցով ճնշում է գործադրվում p։ Մխոցի տակ գտնվող ջրի ծավալը հավասար է 0 C ջերմաստիճանի հատուկ ծավալին, որը նշվում է (=0,001 մ / կգ) պարզության համար ենթադրում ենք, որ ջուրը երևույթ է: գործնականում չսեղմվող հեղուկ է և ունի ամենաբարձր խտությունը 0 C-ում, և ոչ 4 C-ում (ավելի ճիշտ՝ 3,98 C): Երբ մխոցը տաքացվի և ջերմությունը փոխանցվի ջրին, նրա ջերմաստիճանը կբարձրանա, ծավալը կաճի, և երբ հասնի t = t n, որը համապատասխանում է p = p 1-ին, ջուրը կեռա և կսկսվի գոլորշու ձևավորում։
Հեղուկի և գոլորշու վիճակի բոլոր փոփոխությունները կնշվեն p. vկոորդինատները (նկ. 10.1):
Գերտաքացած գոլորշու ձևավորման գործընթացը p=const-ում բաղկացած է երեք հաջորդականորեն իրականացվող ֆիզիկական գործընթացներից.
1. Հեղուկի տաքացում tn ջերմաստիճանի;
2. Գոլորշիացում t n =const-ում;
3. Գոլորշի գերտաքացում, որն ուղեկցվում է ջերմաստիճանի բարձրացմամբ։
Երբ p=p 1 այս գործընթացները p-ում, v– դիագրամը համապատասխանում է a-a, a-a, a-d հատվածներին: a և a կետերի միջև ընկած ժամանակահատվածում ջերմաստիճանը կլինի հաստատուն և հավասար tn1-ի, իսկ գոլորշին կլինի խոնավ, իսկ t.a-ին ավելի մոտ նրա չորության աստիճանը կլինի ավելի փոքր (x = 0), իսկ t.a-ում` համապատասխան վիճակին. չոր գոլորշի, x = 1: Եթե գոլորշիացման գործընթացը տեղի է ունենում ավելի բարձր ճնշման դեպքում (p 2 >p 1), ապա ջրի ծավալը գործնականում կմնա նույնը: Եռման ջրին համապատասխան v ծավալը մի փոքր կավելանա (), քանի որ t n2 >t n1 և ծավալը, քանի որ ավելի բարձր ճնշման և բարձր ջերմաստիճանի դեպքում գոլորշիացման գործընթացը տեղի է ունենում ավելի ինտենսիվ: Հետևաբար, երբ ճնշումը մեծանում է, ծավալների տարբերությունը (հատվածը) մեծանում է, իսկ ծավալների տարբերությունը (հատվածը) նվազում է։ Նմանատիպ պատկեր կլինի, երբ գոլորշիացման գործընթացը տեղի է ունենում ավելի բարձր ճնշման դեպքում (p 3 >p 2 ; ; , քանի որ t n3 >t n2):
Եթե Նկար 10.1-ում մենք միավորում ենք իզոբարների վրա ընկած մեկ և երկու հարվածներով կետեր.
տարբեր ճնշումներ, մենք ստանում ենք գծեր; ,
որոնցից յուրաքանչյուրը շատ կոնկրետ նշանակություն ունի: Օրինակ, a-b-c տողը արտահայտում է 0 C-ում ջրի կոնկրետ ծավալի կախվածությունը ճնշումից: Այն գրեթե զուգահեռ է օրդինատների առանցքին, քանի որ Ջուրը գործնականում չսեղմվող հեղուկ է։ Գծը ցույց է տալիս եռացող ջրի հատուկ ծավալի կախվածությունը ճնշումից: Այս տողը կոչվում է ստորին սահմանի կորը. p-ում, v- դիագրամ, այս կորը բաժանում է ջրի շրջանը հագեցած գոլորշիների շրջանից: Գիծը ցույց է տալիս չոր գոլորշու հատուկ ծավալի կախվածությունը ճնշումից և կոչված. վերին սահմանի կորը. Այն առանձնացնում է հագեցած գոլորշու շրջանը գերտաքացած (չհագեցած) գոլորշու շրջանից։
Սահմանային կորերի հանդիպման կետը կոչվում է. կրիտիկական կետ Կ. Այս կետը համապատասխանում է նյութի որոշակի սահմանափակող կրիտիկական վիճակին, երբ հեղուկի և գոլորշու միջև տարբերություն չկա։ Այս պահին գոլորշիացման գործընթացի բաժին չկա: Այս վիճակում գտնվող նյութի պարամետրերը կոչվում են. քննադատական. Օրինակ՝ ջրի համար՝ pk=22,1145 ՄՊա; Tk=647.266 K; Vk=0,003147 մ/կգ.
Կրիտիկական ջերմաստիճան առավելագույն հագեցած գոլորշու ջերմաստիճանը. Կրիտիկական ջերմաստիճանից բարձր ջերմաստիճանում կարող են գոյություն ունենալ միայն գերտաքացած գոլորշիներ և գազեր: Կրիտիկական ջերմաստիճանի հասկացությունն առաջին անգամ տրվել է 1860 թվականին Դ.Ի. Մենդելեևը։ Նա սահմանեց այն որպես ջերմաստիճան, որից բարձր գազը չի կարող վերածվել հեղուկի, անկախ նրանից, թե որքան բարձր ճնշում գործադրվի դրա վրա:
Այնուամենայնիվ, գոլորշիացման գործընթացը միշտ չէ, որ տեղի է ունենում, ինչպես ցույց է տրված Նկար 10.1-ում: եթե ջուրը մաքրվում է մեխանիկական կեղտից և դրա մեջ լուծված գազերից, գոլորշիացումը կարող է սկսվել Tn-ից բարձր ջերմաստիճանում (երբեմն 15-20 Կ-ով)՝ գոլորշիացման կենտրոնների բացակայության պատճառով: Այս ջուրը կոչվում է գերտաքացած. Մյուս կողմից, գերտաքացած գոլորշու արագ իզոբարային սառեցման դեպքում նրա խտացումը չի կարող սկսվել Tn-ից: և մի փոքր ավելի ցածր ջերմաստիճանում: Այս զույգը կոչվում է հիպոթերմիկկամ գերհագեցած. Որոշելիս, թե ինչ վիճակում կարող են լինել ագրեգացիոն նյութերը (գոլորշի կամ ջուր) տվյալ p և T p-ում և vկամ T և V դուք միշտ պետք է հիշեք հետևյալը. Երբ p=const գերտաքացած գոլորշու համար և T d >T n (տես նկ. 10.1); ջրի համար, հակառակը եւ Տ<Т н; при Т=const для перегретого пара и р е <р н; для воды и р n >rn. Իմանալով այս հարաբերությունները և օգտագործելով հագեցած գոլորշու աղյուսակները, դուք միշտ կարող եք որոշել, թե 1, 2 կամ 3 երեք շրջաններից որում է գտնվում (տես նկ. 10.2) տվյալ պարամետրերով աշխատող հեղուկը, այսինքն. լինի դա հեղուկ (տարածաշրջան 1), հագեցած (տարածաշրջան 2) կամ գերտաքացած (տարածաշրջան 3) գոլորշի:
Գերկրիտիկական շրջանի համար կրիտիկական իզոթերմը (գծիկ-կետավոր կորը) պայմանականորեն ընդունվում է որպես ջր-գոլորշու հավանական սահման: Այս դեպքում այս իզոթերմի ձախ և աջ կողմում նյութը գտնվում է միաֆազ միատարր վիճակում, որն ունի, օրինակ, y կետում հեղուկի հատկություններ, իսկ z կետում՝ գոլորշու հատկություններ։ .
Ինչ է գոլորշիացումը
Սահմանում
Գոլորշիացումն այն գոլորշիացման գործընթացն է, որը տեղի է ունենում հեղուկի ազատ մակերեսից:
Գոլորշիացումը տեղի է ունենում ցանկացած ջերմաստիճանում և ավելի ինտենսիվ է տեղի ունենում ջերմաստիճանի բարձրացման հետ: Գոլորշիացման արդյունքում հեղուկը սառչում է, քանի որ գոլորշիացումը կարելի է բացատրել նրանով, որ ամենամեծ կինետիկ էներգիա ունեցող մոլեկուլները դուրս են թռչում հեղուկի մակերեսային շերտից՝ հաղթահարելով հարևան մոլեկուլների գրավիչ ուժերը։ Գոլորշիացման արագությունը կախված է արտաքին ճնշումից և հեղուկի ազատ մակերևույթի վերևում գտնվող գազային փուլի տեղաշարժից։ Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ մեծանում է խտությունը և, հետևաբար, հեղուկի վերևում գտնվող հագեցած գոլորշու ճնշումը: Քանի որ գոլորշիների խտությունը մեծանում է, հեղուկի մակերեսային լարվածությունը նվազում է, հետևաբար, գոլորշիացման թաքնված ջերմությունը նվազում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ: Կրիտիկական ջերմաստիճանում ($(\T)_k$) հագեցած գոլորշիների խտությունը հավասար է հեղուկի խտությանը, նյութի այս փուլերի տարբերությունը վերանում է։ Ստացվում է, որ կրիտիկական ջերմաստիճանում մակերևութային լարվածությունը և գոլորշիացման թաքնված ջերմությունը հավասար են զրոյի։ Գոլորշին, խիստ ասած, գազ չէ։ Հագեցվածությանը մոտ գոլորշիների դեպքում ճնշումը փոքր-ինչ փոխվում է՝ կախված ծավալից: Գազի օրենքները կարող են մոտավորապես կիրառվել չհագեցած գոլորշիների նկատմամբ:
Ինչ է եռում
Սահմանում
Հեղուկի ինտենսիվ գոլորշիացման գործընթացը ոչ միայն իր ազատ մակերևույթից, այլև հեղուկի ողջ ծավալով գործընթացում ձևավորված գոլորշիների փուչիկների մեջ կոչվում է եռում:
Գոլորշի պղպջակի ներսում p ճնշումը որոշվում է հետևյալ արտահայտության համաձայն.
որտեղ $p_0$-ը արտաքին ճնշումն է, $\rho gh$-ը վերևում գտնվող հեղուկի շերտերի ճնշումն է, $p_(R\ )=\frac(2\sigma)(r)$-ը լրացուցիչ ճնշումն է, որը պայմանավորված է պղպջակի կորությամբ, $r$-ը պղպջակի շառավիղն է, $h$-ը պղպջակի կենտրոնից մինչև հեղուկի մակերեսը հեռավորությունն է, $\rho $-ը հեղուկի խտությունն է, $: \sigma $-ը հեղուկի մակերեսային լարվածությունն է։
Եռումը սկսվում է, երբ պղպջակի ներսում հագեցած գոլորշու ճնշումը (առաձգականությունը) ($p_p$) ավելի մեծ է, քան (1) բանաձևի աջ կողմի ճնշումը։ Եթե հեղուկն ունի գոլորշիացման կենտրոններ, ապա հեղուկի եռացումը սկսվում է ավելի ցածր ջերմաստիճանից: Եթե $\rho gh\ll p_0$, ապա կարող ենք ենթադրել, որ եռումը սկսվում է $p_p\մոտ p_0$-ից: Հեղուկի այն ջերմաստիճանը, որի դեպքում նրա հագեցած գոլորշիների ճնշումը հավասար է արտաքին ճնշմանը, կոչվում է եռման ջերմաստիճան (կետ) ($(\T)_k$): Խստորեն ասած, հեղուկի տարբեր մակարդակներում եռալը տեղի է ունենում տարբեր ջերմաստիճաններում: Հագեցած գոլորշին, որը գտնվում է եռացող հեղուկի մակերեւույթից վեր, ունի որոշակի ջերմաստիճան։ Նրա ջերմաստիճանը կախված չէ նրանից, թե ինչպես է եռում տեղի ունենում հեղուկի խորքերում, և որոշվում է միայն արտաքին ճնշմամբ։ Հենց այդպիսի գոլորշու ջերմաստիճանը նկատի ունի եռման կետի մասին խոսելիս։
Եթե եռումը տեղի է ունենում մշտական ճնշման դեպքում ($p_0$), ապա եռման ջերմաստիճանը հաստատուն է։ Համակարգին մատակարարվող ջերմությունն այս դեպքում ծախսվում է միայն գոլորշու առաջացման վրա։
Ինչ է խտացումը
Սահմանում
Գոլորշիացման հակառակ գործընթացը կոչվում է խտացում:
Կոնդենսացիան ազատում է ջերմություն: Հեղուկի եռումը և գոլորշիների խտացումը առաջին կարգի փուլային անցումներ են: Հիշենք, որ առաջին կարգի փուլային անցումը անցում է, որն ուղեկցվում է նյութի ներքին էներգիայի և խտության կտրուկ փոփոխությամբ։ Առաջին կարգի փուլային անցումների ժամանակ, որոնք ներառում են գոլորշիացում և խտացում, համակարգի թերմոդինամիկական ներուժը (Ф) չի փոխվում։
Ջերմության այն քանակությունը, որը պետք է սպառվի հեղուկի միավոր զանգվածի գոլորշիացման ժամանակ $(\T)_k$-ին հավասար ջերմաստիճանում, կոչվում է գոլորշիացման հատուկ ջերմություն (կամ եռման թաքնված ջերմություն) ($r_k$): Գոլորշիացման հատուկ ջերմությունը կարելի է գտնել Կլայպերոն-Կլաուզիուսի հավասարումից.
որտեղ $v_p,v_j$-ը գոլորշու և հեղուկի հատուկ ծավալներն են $T_k$ եռման կետում: Համապատասխանաբար, գոլորշիացման գործընթացում եռման կետի կախվածությունը ճնշումից սահմանվում է հետևյալ կերպ.
\[\frac(dT_k)(dp)=\frac(\left(v_p-v_j\right)T_k)(r_k)\ \ձախ(3\աջ):\]
Քանի որ $v_p>v_j$ և $r_k>0$, ապա $\frac(dT_k)(dp)>0.\ $ Նկար 1-ը ցույց է տալիս գոլորշիացման գործընթացի փուլային հավասարակշռության կորը: Այն ավարտվում է կրիտիկական K կետում: K կետում գոլորշիացման կորի խախտման հետևանքը նյութի հեղուկ և գազային վիճակի շարունակականությունն է: Եռման կետը մեծանում է ճնշման աճով:
Օրինակ 1
Առաջադրանք. Որոշեք հեղուկի գոլորշիացման մոլային ջերմությունը T ջերմաստիճանում և p ճնշումով հագեցած գոլորշի, եթե հեղուկը և նրա գոլորշին ենթարկվում են վան դեր Վալսի հավասարմանը: Վան դեր Վալսի հավասարման գործակիցներն են a և b, $T\ll T_k$:
Գոլորշացման ջերմությունը, հիմնվելով թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի վրա, կարող է հաշվարկվել հետևյալ կերպ.
որտեղ $U_j-$ հեղուկի ներքին էներգիան, $U_p$ գոլորշու ներքին էներգիան, $V_j, V_p$ հեղուկի և գոլորշու ծավալները համապատասխանաբար, $p\left(V_p-V_j\right)-\աշխատանք\կատարված\ընթացքում\գոլորշիացման $ արտաքին ճնշման ուժերի դեմ p. Ներքին էներգիաների տարբերությունը ըստ վան դեր Վալսի հավասարման հավասար է.
Մենք օգտագործում ենք վան դեր Վալսի հավասարումը մեկ մոլ նյութի համար.
\[\left(p+\frac(a)(V^2)\right)\left(V-b\right)=RT\to p=\frac(RT)(\left(V-b\right))-\frac( ա)(V^2)\ \ձախ (1.3\աջ):\]
Մենք ստանում ենք.
Պատասխան. Տվյալ պայմաններում հեղուկի գոլորշիացման մոլային ջերմությունը հավասար է՝ $r_p=V_p\left\(\frac(RT)(V_p-b)-\frac(2a)(V^2_p)\right\) -V_j\ \ձախ\ (\frac(RT)(V_j-b)-\frac(2a)(V^2_j)\աջ\)$:
Օրինակ 2
Առաջադրանք՝ 00C ջերմաստիճանում մթնոլորտային ճնշման տակ վերցվել է երկու կիլոգրամ ջուր, տաքացվել և ամբողջությամբ վերածվել գոլորշու։ Գտեք էնտրոպիայի փոփոխությունը, եթե գործընթացը համարվում է շրջելի:
\[\եռանկյունի S=\int(\frac(\delta Q)(T))=\եռանկյունի S_(nagr)+\եռանկյունի S_p\ (2.1),\]
որտեղ $\եռանկյունի S_(nagr)$-ը էնտրոպիայի փոփոխությունն է, երբ ջուրը տաքացվում է զրոյական Ցելսիուսից մինչև եռման կետ, այսինքն՝ $T_1=273\ K\ մինչև\ T_2=373\ K$: $\եռանկյունի S_p-\ $Էնտրոպիայի փոփոխություն գոլորշիացման ժամանակ։ Եկեք գտնենք էնտրոպիայի փոփոխությունը, երբ ջուրը տաքանում է.
\[\եռանկյունի S_(nagr)=\int\սահմանները^(T_2)_(T_1)(\frac(\delta Q)(T))=\int\սահմանները^(T_2)_(T_1)(\frac( cmdT)(T))=cm\int\սահմաններ^(T_2)_(T_1)(\frac(dT)(T))=cmln\left(\frac(T_2)(T_1)\աջ)\ձախ(2.2) \ճիշտ),\]
որտեղ $c$ ջրի տեսակարար ջերմային հզորությունը հավասար է $c=4,2\ (\cdot 10)^3\frac(J)(kgK)$
Եռման կետում գոլորշիացման գործընթացը տեղի է ունենում առանց ջերմաստիճանի փոփոխության, ուստի այս գործընթացում էնտրոպիայի փոփոխության արտահայտությունը կլինի.
\[\եռանկյունի S_p=\frac(1)(T_2)\int(\delta Q)=\frac(1)(T_2)\եռանկյունի Q=\frac(r_pm)(T_2)\ձախ (2.3\աջ), \]
որտեղ $r_p$-ը հղման նյութերից գոլորշիացման հատուկ ջերմությունն է և հավասար է $r_p=22,6\cdot (10)^5\frac(J)(kg)$ ջրի համար։
Էնտրոպիայի փոփոխության վերջնական արտահայտությունը հետևյալն է.
\[\եռանկյունի S=cmln\ձախ(\frac(T_2)(T_1)\աջ)+\frac(r_pm)(T_2)\ \ձախ(2.4\աջ):\]
Բոլոր տվյալները փոխարկվել են SI-ի, եկեք կատարենք հաշվարկը.
\[\եռանկյունի S=4.2\ (\cdot 10)^3\cdot 2(ln \left(\frac(373)(273)\right)\ )+\frac(22.6\cdot (10) ^5\cdot 2)(373)=14.6(\cdot 10)^3\frac(J)(K).\]
Պատասխան. Էնտրոպիայի փոփոխությունը տվյալ գործընթացում հավասար է $1,46(\cdot 10)^4\frac(J)(K)$:
Պետական միասնական քննության կոդավորիչի թեմաներնյութի ագրեգատային վիճակների փոփոխություն, հալում և բյուրեղացում, գոլորշիացում և խտացում, հեղուկի եռում, էներգիայի փոփոխություն փուլային անցումներում:
Սառույցը, ջուրը և ջրի գոլորշիները երեքի օրինակներն են համախմբման վիճակներնյութեր՝ պինդ, հեղուկ և գազային։ Թե կոնկրետ ինչ ագրեգացման վիճակում է գտնվում տվյալ նյութը, կախված է նրա ջերմաստիճանից և այլ արտաքին պայմաններից, որոնցում այն գտնվում է:
Երբ արտաքին պայմանները փոխվում են (օրինակ, եթե մարմնի ներքին էներգիան մեծանում կամ նվազում է տաքացման կամ հովացման արդյունքում), կարող են տեղի ունենալ փուլային անցումներ՝ մարմնի նյութի ագրեգատային վիճակների փոփոխություններ։ Մեզ կհետաքրքրի հետևյալը փուլային անցումներ.
Հալվելը(պինդ-հեղուկ) և բյուրեղացում(հեղուկ-պինդ):
Գոլորշիացում(հեղուկ գոլորշի) և խտացում(գոլորշու հեղուկ):
Հալում և բյուրեղացում
Պինդ մարմինների մեծ մասն են բյուրեղային, այսինքն. ունեն բյուրեղյա վանդակ- տիեզերքում իր մասնիկների խիստ սահմանված, պարբերաբար կրկնվող դասավորությունը:
Բյուրեղային պինդ մարմնի մասնիկները (ատոմները կամ մոլեկուլները) կայուն հավասարակշռության դիրքերի մոտ ենթարկվում են ջերմային թրթռումների. հանգույցներբյուրեղյա վանդակ:
Օրինակ՝ կերակրի աղի բյուրեղային ցանցի հանգույցները «եռաչափ վանդակավոր թղթի» խորանարդ բջիջների գագաթներն են (տես նկ. 1, որտեղ ավելի մեծ գնդիկները ներկայացնում են քլորի ատոմները (պատկերը՝ en.wikipedia.org-ից)): ; Եթե թույլ տաք, որ աղի լուծույթից ջուրը գոլորշիանա, ապա մնացած աղը կլինի փոքր խորանարդիկների կույտ:
Բրինձ. 1. Բյուրեղյա վանդակ
Հալվելըկոչվում է բյուրեղային պինդի վերածում հեղուկի։ Ցանկացած մարմին կարող է հալվել. դա անելու համար հարկավոր է այն տաքացնել հալման ջերմաստիճանը, որը կախված է միայն մարմնի նյութից, բայց ոչ նրա ձևից կամ չափից։ Տվյալ նյութի հալման կետը կարելի է որոշել աղյուսակներից։
Ընդհակառակը, եթե հեղուկը սառչում եք, վաղ թե ուշ այն կվերածվի պինդ վիճակի։ Հեղուկի վերածումը բյուրեղային պինդի կոչվում է բյուրեղացումկամ կարծրացում. Այսպիսով, հալումը և բյուրեղացումը փոխադարձ հակադարձ գործընթացներ են:
Այն ջերմաստիճանը, որի դեպքում հեղուկը բյուրեղանում է, կոչվում է բյուրեղացման ջերմաստիճանը. Ստացվում է, որ բյուրեղացման ջերմաստիճանը հավասար է հալման ջերմաստիճանին. տվյալ ջերմաստիճանում երկու գործընթացները կարող են տեղի ունենալ: Այսպիսով, երբ սառույցը հալվում է, ջուրը բյուրեղանում է; Կոնկրետ ինչտեղի է ունենում յուրաքանչյուր կոնկրետ դեպքում - կախված է արտաքին պայմաններից (օրինակ, արդյոք ջերմությունը մատակարարվում է նյութին, թե հեռացվում է դրանից):
Ինչպե՞ս են առաջանում հալումը և բյուրեղացումը: Ո՞րն է դրանց մեխանիզմը: Այս գործընթացների էությունը հասկանալու համար դիտարկենք մարմնի ջերմաստիճանի ժամանակից կախվածության գրաֆիկները դրա տաքացման և հովացման ժամանակ՝ այսպես կոչված հալման և բյուրեղացման գրաֆիկները:
Հալեցնել գրաֆիկը
Սկսենք հալման գրաֆիկից (նկ. 2): Թող ժամանակի սկզբնական պահին (գրաֆիկի կետը) մարմինը լինի բյուրեղային և ունենա որոշակի ջերմաստիճան։
Բրինձ. 2. Հալման գրաֆիկ
Այնուհետև մարմնին ջերմություն է սկսում մատակարարվել (ասենք, մարմինը դրվում է հալման վառարանում), և մարմնի ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև տվյալ նյութի հալման ջերմաստիճանը։ Սա գրաֆիկի մի հատված է:
Տեղում մարմինը ստանում է ջերմության քանակություն
որտեղ է պինդ նյութի հատուկ ջերմունակությունը և մարմնի զանգվածն է:
Երբ հալման ջերմաստիճանը հասնում է (կետում), իրավիճակը որակապես փոխվում է։ Չնայած այն հանգամանքին, որ ջերմությունը շարունակում է մատակարարվել, մարմնի ջերմաստիճանը մնում է անփոփոխ։ Տեղում տեղի է ունենում հալվելըմարմին - նրա աստիճանական անցումը պինդից հեղուկի: Տարածքի ներսում մենք ունենք պինդ և հեղուկ խառնուրդ, և որքան մոտ է կետին, այնքան քիչ պինդ է մնում և այնքան շատ հեղուկ է հայտնվում: Վերջապես, մի կետում սկզբնական պինդ մարմնից ոչինչ չմնաց. այն ամբողջությամբ վերածվեց հեղուկի:
Տարածքը համապատասխանում է հեղուկի հետագա տաքացմանը (կամ, ինչպես ասում են. հալվել). Այս հատվածում հեղուկը կլանում է որոշակի քանակությամբ ջերմություն
որտեղ է հեղուկի հատուկ ջերմային հզորությունը:
Բայց այն, ինչ մեզ հիմա ամենաշատն է հետաքրքրում, փուլային անցման տարածքն է: Ինչու խառնուրդի ջերմաստիճանը չի փոխվում այս տարածքում: Շոգը գալիս է։
Եկեք վերադառնանք ջեռուցման գործընթացի սկզբին: Տարածքում պինդ մարմնի ջերմաստիճանի բարձրացումը բյուրեղային ցանցի հանգույցներում նրա մասնիկների թրթռումների ինտենսիվության աճի արդյունք է. մատակարարվող ջերմությունը գնալով ավելանում է: կինետիկմարմնի մասնիկների էներգիան (ըստ էության, մատակարարվող ջերմության որոշ մասը ծախսվում է մասնիկների միջև միջին հեռավորությունը մեծացնելու համար. ինչպես գիտենք, մարմինները մեծանում են, երբ տաքանում են: Այնուամենայնիվ, այս մասը այնքան փոքր է, որ կարող է լինել. անտեսված):
Բյուրեղային ցանցն ավելի ու ավելի է թուլանում, և հալման ջերմաստիճանում թրթռումների միջակայքը հասնում է սահմանափակող արժեքի, որի դեպքում մասնիկների միջև ձգող ուժերը դեռևս ի վիճակի են ապահովելու իրենց դասավորվածությունը միմյանց նկատմամբ: Պինդ մարմինը սկսում է «ճաքել կարերից», և հետագա տաքացումը քայքայում է բյուրեղյա վանդակը. այսպես է սկսվում հալվելը տարածքում:
Այս պահից մատակարարվող ողջ ջերմությունն օգտագործվում է բյուրեղյա ցանցի հանգույցներում մասնիկները պահող կապերի խզման աշխատանքներ կատարելու համար, այսինքն. մեծացնել ներուժմասնիկների էներգիա. Մասնիկների կինետիկ էներգիան մնում է նույնը, ուստի մարմնի ջերմաստիճանը չի փոխվում։ Մի կետում բյուրեղային կառուցվածքն ամբողջությամբ անհետանում է, ոչնչացնելու ոչինչ չի մնում, և մատակարարվող ջերմությունը կրկին գնում է մասնիկների կինետիկ էներգիան ավելացնելու՝ հալվածը տաքացնելու համար:
Միաձուլման հատուկ ջերմություն
Այսպիսով, պինդ նյութը հեղուկի վերածելու համար բավական չէ այն հասցնել հալման կետին։ Անհրաժեշտ է լրացուցիչ (արդեն հալման ջերմաստիճանում) մարմնին ապահովել որոշակի քանակությամբ ջերմություն՝ բյուրեղային ցանցի ամբողջական ոչնչացման համար (այսինքն՝ հատվածով անցնելու համար)։
Ջերմության այս քանակությունը մեծացնում է մասնիկների փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան: Հետևաբար, հալոցի ներքին էներգիան մի կետում ավելի մեծ է, քան մի կետում պինդ նյութի ներքին էներգիան։
Փորձը ցույց է տալիս, որ արժեքը ուղիղ համեմատական է մարմնի քաշին.
Համաչափության գործակիցը կախված չէ մարմնի ձևից և չափից և հանդիսանում է նյութի բնութագիրը։ Այն կոչվում է նյութի միաձուլման հատուկ ջերմություն. Տվյալ նյութի միաձուլման հատուկ ջերմությունը կարելի է գտնել աղյուսակներում:
Միաձուլման հատուկ ջերմությունը թվայինորեն հավասար է այն ջերմության քանակին, որն անհրաժեշտ է տվյալ բյուրեղային նյութի մեկ կիլոգրամը, որը հասցվել է հալման կետին, վերածել հեղուկի:
Այսպիսով, սառույցի հալման տեսակարար ջերմությունը հավասար է կՋ/կգ, կապարի՝ կՋ/կգ։ Մենք տեսնում ենք, որ սառցե բյուրեղյա ցանցը ոչնչացնելու համար պահանջվում է գրեթե երկու անգամ ավելի շատ էներգիա: Սառույցը միաձուլման բարձր հատուկ ջերմություն ունեցող նյութ է և, հետևաբար, անմիջապես չի հալվում գարնանը (բնությունը ձեռնարկեց իր միջոցները. եթե սառույցը ունենար միաձուլման նույն հատուկ ջերմությունը, ինչ կապարը, ապա սառույցի և ձյան ամբողջ զանգվածը կհալվեր: առաջին հալոցքը՝ հեղեղելով շուրջբոլորը):
Բյուրեղացման գրաֆիկ
Հիմա եկեք անցնենք դիտարկմանը բյուրեղացում- հալման հակառակ գործընթաց: Մենք սկսում ենք նախորդ գծագրի կետից. Ենթադրենք, որ հալոցի տաքացումը դադարել է (վառարանը անջատված է, և հալոցքը ենթարկվել է օդի): Հալման ջերմաստիճանի հետագա փոփոխությունները ներկայացված են Նկ. (3) .
Բրինձ. 3. Բյուրեղացման գրաֆիկ
Հեղուկը սառչում է (հատվածը) մինչև նրա ջերմաստիճանը հասնի բյուրեղացման ջերմաստիճանին, որը համընկնում է հալման կետի հետ։
Այս պահից սկսած, հալոցի ջերմաստիճանը դադարում է փոխվել, թեև ջերմությունը դեռ դուրս է գալիս նրանից դեպի շրջակա միջավայր: Տեղում տեղի է ունենում բյուրեղացումհալվել - նրա աստիճանական անցումը պինդ վիճակի: Տարածքի ներսում մենք կրկին ունենք պինդ և հեղուկ փուլերի խառնուրդ, և որքան մոտենում է կետին, այնքան ավելի պինդ է դառնում և այնքան քիչ հեղուկ է դառնում, վերջապես, այդ կետում ընդհանրապես հեղուկ չի մնացել, այն ամբողջովին բյուրեղացել է:
Հաջորդ բաժինը համապատասխանում է բյուրեղացման արդյունքում առաջացած պինդ մարմնի հետագա սառեցմանը:
Մեզ կրկին հետաքրքրում է փուլային անցումային բաժինը. ինչու՞ է ջերմաստիճանը մնում անփոփոխ՝ չնայած ջերմության կորստին:
Կրկին վերադառնանք բուն կետին. Ջերմամատակարարման դադարեցումից հետո հալոցի ջերմաստիճանը նվազում է, քանի որ դրա մասնիկները աստիճանաբար կորցնում են կինետիկ էներգիան շրջակա միջավայրի մոլեկուլների հետ բախումների և էլեկտրամագնիսական ալիքների արտանետման հետևանքով։
Երբ հալոցի ջերմաստիճանը իջնում է մինչև բյուրեղացման ջերմաստիճանը (կետ), դրա մասնիկները այնքան կդանդաղեն, որ ձգողական ուժերը կկարողանան պատշաճ կերպով «բացել» դրանք և տալ նրանց խիստ սահմանված փոխադարձ կողմնորոշում տարածության մեջ: Սա պայմաններ կստեղծի բյուրեղյա վանդակի առաջացման համար, և այն իրականում կսկսի ձևավորվել հալոցքից էներգիայի հետագա արտազատման շնորհիվ շրջակա տարածություն:
Միևնույն ժամանակ կսկսվի էներգիայի արտազատման հակադարձ պրոցես. երբ մասնիկները գրավում են իրենց տեղերը բյուրեղային ցանցի հանգույցներում, նրանց պոտենցիալ էներգիան կտրուկ նվազում է, ինչի պատճառով նրանց կինետիկ էներգիան մեծանում է. բյուրեղացնող հեղուկը ջերմության աղբյուր է։ (հաճախ կարելի է տեսնել, թե ինչպես են թռչունները նստած սառցե անցքի մոտ: Նրանք տաքանում են այնտեղ): Բյուրեղացման ընթացքում արտանետվող ջերմությունը ճշգրտորեն փոխհատուցում է շրջակա միջավայրի ջերմության կորուստը, և, հետևաբար, տարածքում ջերմաստիճանը չի փոխվում:
Այդ կետում հալոցքը անհետանում է, և բյուրեղացման ավարտին զուգահեռ անհետանում է նաև ջերմության այս ներքին «գեներատորը»։ Արտաքին միջավայր էներգիայի շարունակական ցրման պատճառով ջերմաստիճանի նվազումը կվերսկսվի, բայց միայն ձևավորված պինդ մարմինը (հատվածը) կսառչի։
Ինչպես ցույց է տալիս փորձը, տարածքում բյուրեղացման ժամանակ. հենց նույնըջերմության քանակությունը, որը կլանվել է տարածքում հալվելու ժամանակ:
Գոլորշիացում և խտացում
Գոլորշիացումհեղուկի անցումն է գազային վիճակի (in գոլորշու). Գոլորշացման երկու եղանակ կա՝ գոլորշիացում և եռում։
Գոլորշիացումկոչվում է գոլորշիացում, որը տեղի է ունենում ցանկացած ջերմաստիճանում ազատ մակերեսիցհեղուկներ. Ինչպես հիշում եք «Հագեցած գոլորշու» թերթիկից, գոլորշիացման պատճառը ամենաարագ մոլեկուլների հեղուկից հեռանալն է, որոնք ի վիճակի են հաղթահարել միջմոլեկուլային ներգրավման ուժերը: Այս մոլեկուլները հեղուկի մակերևույթից բարձր գոլորշի են ձևավորում:
Տարբեր հեղուկներ գոլորշիանում են տարբեր արագություններով. որքան մեծ է մոլեկուլների ձգման ուժը միմյանց նկատմամբ, այնքան ավելի քիչ մոլեկուլներ մեկ միավոր ժամանակում կկարողանան հաղթահարել դրանք և դուրս թռչել, և այնքան ցածր է գոլորշիացման արագությունը: Եթերը, ացետոնը և սպիրտը արագ գոլորշիանում են (դրանք երբեմն կոչվում են ցնդող հեղուկներ), ջուրն ավելի դանդաղ է գոլորշիանում, իսկ նավթն ու սնդիկը շատ ավելի դանդաղ են գոլորշիանում, քան ջուրը։
Գոլորշիացման արագությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ (շոգ եղանակին լվացքն ավելի արագ կչորանա), քանի որ հեղուկ մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան մեծանում է, և այդպիսով մեծանում է արագ մոլեկուլների թիվը, որոնք կարող են թողնել իր սահմանները:
Գոլորշիացման արագությունը կախված է հեղուկի մակերեսից. որքան մեծ է տարածքը, այնքան ավելի շատ մոլեկուլներ են մուտք գործում մակերեսին, և գոլորշիացումը տեղի է ունենում ավելի արագ (այդ իսկ պատճառով լվացքը կախելիս այն խնամքով ուղղվում է):
Գոլորշիացմանը զուգահեռ նկատվում է նաև հակառակ պրոցեսը. գոլորշիների մոլեկուլները, պատահական շարժումներ կատարելով հեղուկի մակերևույթի վերևում, մասամբ վերադառնում են հեղուկ։ Գոլորշիների վերածումը հեղուկի կոչվում է խտացում.
Խտացումը դանդաղեցնում է հեղուկի գոլորշիացումը: Այսպիսով, չոր օդում լվացքն ավելի արագ կչորանա, քան խոնավ օդում: Այն ավելի արագ կչորանա քամու ժամանակ. գոլորշին քամին տանում է, և գոլորշիացումը տեղի է ունենում ավելի ինտենսիվ:
Որոշ իրավիճակներում խտացման արագությունը կարող է հավասար լինել գոլորշիացման արագությանը: Այնուհետև երկու գործընթացներն էլ փոխհատուցում են միմյանց, և առաջանում է դինամիկ հավասարակշռություն. հեղուկը տարիներ շարունակ չի գոլորշիանում ամուր փակված շշից, և այս դեպքում կա. հագեցած գոլորշի.
Մենք անընդհատ դիտում ենք մթնոլորտում ջրի գոլորշիների խտացումը ամպերի, անձրևի և առավոտյան ցողի տեսքով. Հենց գոլորշիացումն ու խտացումն են ապահովում ջրի շրջապտույտը բնության մեջ՝ աջակցելով Երկրի վրա կյանքին:
Քանի որ գոլորշիացումը հեղուկից ամենաարագ մոլեկուլների հեռանալն է, գոլորշիացման գործընթացում հեղուկի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան նվազում է, այսինքն. հեղուկը սառչում է: Ջրից դուրս գալու ժամանակ ձեզ քաջ հայտնի է սառնության և երբեմն նույնիսկ ցրտի զգացումը (հատկապես քամու ժամանակ). ջուրը, գոլորշիանալով մարմնի ողջ մակերեսով, տանում է ջերմությունը, մինչդեռ քամին արագացնում է գոլորշիացման գործընթացը ( Այժմ պարզ է, թե ինչու ենք մենք փչում տաք թեյի վրա, ի դեպ, նույնիսկ ավելի լավ է օդը քաշել ձեր մեջ, քանի որ չոր շրջապատող օդը այնուհետև դուրս է գալիս թեյի մակերեսին, և ոչ թե խոնավ օդը մեր թոքերից ;-)):
Նույն սառնությունը կարող եք զգալ, եթե ձեր ձեռքով անցնեք ցնդող լուծիչով թրջված բամբակյա բուրդ (ասենք՝ ացետոն կամ եղունգների լաք մաքրող միջոց): Քառասուն աստիճան ջերմության մեջ, մեր մարմնի ծակոտիներով խոնավության գոլորշիացման բարձրացման շնորհիվ, մենք պահպանում ենք մեր ջերմաստիճանը նորմալ մակարդակի վրա. Առանց ջերմակարգավորման այս մեխանիզմի նման շոգին մենք պարզապես կմահանայինք։
Ընդհակառակը, խտացման գործընթացում հեղուկը տաքանում է. երբ գոլորշիների մոլեկուլները վերադառնում են հեղուկ, դրանք արագանում են մոտակա հեղուկի մոլեկուլների գրավիչ ուժերով, ինչի արդյունքում հեղուկի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան մեծանում է ( համեմատեք այս երևույթը հալվածի բյուրեղացման ժամանակ էներգիայի արտանետման հետ):
Եռում
Եռում- սա գոլորշիացում է, որը տեղի է ունենում ամբողջ ծավալովհեղուկներ.
Եռալը հնարավոր է, քանի որ որոշակի քանակությամբ օդ միշտ լուծվում է հեղուկի մեջ, որն այնտեղ է հայտնվում դիֆուզիայի արդյունքում։ Երբ հեղուկը տաքացվում է, այդ օդը ընդլայնվում է, օդային փուչիկները աստիճանաբար մեծանում են չափերով և տեսանելի են դառնում անզեն աչքով (ջրի կաթսայում դրանք նստում են հատակին և պատերին): Օդային փուչիկների ներսում հագեցած գոլորշի կա, որի ճնշումը, ինչպես հիշում եք, ջերմաստիճանի բարձրացման հետ արագորեն մեծանում է։
Որքան մեծանում են պղպջակները, այնքան մեծանում է նրանց վրա Արքիմեդյան ուժը, և որոշակի պահին փուչիկները սկսում են առանձնանալ և լողալ վերև։ Բարձրանալով դեպի վեր՝ փուչիկները մտնում են հեղուկի ավելի քիչ ջեռուցվող շերտերը. դրանցում եղած գոլորշիները խտանում են, և փուչիկները նորից փոքրանում են։ Փուչիկների փլուզումից առաջանում է թեյնիկի եռացմանը նախորդող ծանոթ աղմուկը։ Վերջապես, ժամանակի ընթացքում ամբողջ հեղուկը հավասարաչափ տաքանում է, փուչիկները հասնում են մակերեսին և պայթում՝ դուրս շպրտելով օդն ու գոլորշին - աղմուկը փոխարինվում է կարկաչով, հեղուկը եռում է։
Այսպիսով, փուչիկները ծառայում են որպես գոլորշու «հաղորդիչներ» հեղուկի ներսից մինչև դրա մակերեսը։ Եռման ժամանակ, նորմալ գոլորշիացման հետ մեկտեղ, հեղուկը ամբողջ ծավալով վերածվում է գոլորշու՝ գոլորշիացումը օդային փուչիկների, որին հաջորդում է գոլորշու արտազատումը: Ահա թե ինչու եռացող հեղուկը շատ արագ գոլորշիանում է. թեյնիկը, որից ջուրը գոլորշիանում էր շատ օրեր, կես ժամից կեռա։
Ի տարբերություն գոլորշիացման, որը տեղի է ունենում ցանկացած ջերմաստիճանում, հեղուկը սկսում է եռալ միայն այն ժամանակ, երբ այն հասնում է եռման կետ- հենց այն ջերմաստիճանը, որով օդային փուչիկները կարող են լողալ և հասնել մակերեսին: Եռման կետում հագեցած գոլորշիների ճնշումը հավասարվում է հեղուկի արտաքին ճնշմանը(մասնավորապես, մթնոլորտային ճնշում). Համապատասխանաբար, որքան մեծ է արտաքին ճնշումը, այնքան բարձր է ջերմաստիճանը, որով կսկսվի եռումը:
Նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում (atm կամ Pa) ջրի եռման կետը . Ահա թե ինչու ջերմաստիճանում հագեցած ջրի գոլորշիների ճնշումըՊա. Այս փաստը պետք է հայտնի լինի խնդիրները լուծելու համար. այն հաճախ համարվում է լռելյայն հայտնի:
Էլբրուսի գագաթին մթնոլորտային ճնշումը ատմ է, և ջուրն այնտեղ եռալու է 2 ջերմաստիճանում: Իսկ ատմ ճնշման տակ ջուրը կսկսի եռալ միայն .
Եռման կետը (նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում) խիստ սահմանված արժեք է տվյալ հեղուկի համար (դասագրքերի և տեղեկատուների աղյուսակներում տրված եռման կետերը քիմիապես մաքուր հեղուկների եռման կետերն են: Հեղուկի մեջ կեղտերի առկայությունը կարող է փոխել եռման աստիճանը: կետ Օրինակ, ծորակի ջուրը պարունակում է լուծված քլոր և որոշ աղեր, ուստի նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում նրա եռման կետը կարող է փոքր-ինչ տարբերվել): Այսպիսով, ալկոհոլը եռում է ժամը , եթերը՝ ժամը , սնդիկը՝ ժամը ։ Խնդրում ենք նկատի ունենալ. որքան ավելի ցնդող է հեղուկը, այնքան ցածր է նրա եռման կետը: Եռման կետերի աղյուսակում մենք տեսնում ենք նաև, որ թթվածինը եռում է: Սա նշանակում է, որ նորմալ ջերմաստիճանի դեպքում թթվածինը գազ է:
Մենք գիտենք, որ եթե թեյնիկը հանվի կրակից, ապա եռումը անմիջապես կդադարի – եռման գործընթացը պահանջում է ջերմության անընդհատ մատակարարում։ Միաժամանակ թեյնիկի ջրի ջերմաստիճանը եռալուց հետո դադարում է փոխվել՝ անընդհատ մնալով նույնը։ Որտե՞ղ է գնում մատակարարվող ջերմությունը:
Իրավիճակը նման է հալման գործընթացին՝ ջերմությունն օգտագործվում է մոլեկուլների պոտենցիալ էներգիան մեծացնելու համար։ Այս դեպքում՝ մոլեկուլները հեռացնելու աշխատանք կատարել այնպիսի հեռավորությունների վրա, որ ձգողական ուժերը չկարողանան մոլեկուլները միմյանց մոտ պահել, և հեղուկը կվերածվի գազային վիճակի։
Եռման գրաֆիկ
Դիտարկենք հեղուկի տաքացման գործընթացի գրաֆիկական պատկերը` այսպես կոչված եռացող աղյուսակ(նկ. 4):
Բրինձ. 4. Եռման գրաֆիկ
Բաժինը նախորդում է եռման սկզբին։ Տարածքում հեղուկը եռում է, նրա զանգվածը նվազում է։ Այս պահին հեղուկը ամբողջությամբ եռում է:
Բաժինը անցնելու համար, այսինքն. Որպեսզի եռման կետին հասցված հեղուկն ամբողջությամբ վերածվի գոլորշու, պետք է նրան որոշակի քանակությամբ ջերմություն մատակարարել։ Փորձը ցույց է տալիս, որ ջերմության տվյալ քանակությունը ուղիղ համեմատական է հեղուկի զանգվածին.
Համաչափության գործակիցը կոչվում է գոլորշիացման հատուկ ջերմությունհեղուկներ (եռման կետում): Գոլորշացման հատուկ ջերմությունը թվայինորեն հավասար է այն ջերմության քանակին, որը պետք է մատակարարվի եռման կետում վերցված 1 կգ հեղուկին՝ այն ամբողջությամբ գոլորշու վերածելու համար։
Այսպիսով, ջրի գոլորշիացման հատուկ ջերմության դեպքում հավասար է կՋ/կգ: Հետաքրքիր է համեմատել այն սառույցի հալման հատուկ ջերմության հետ (կՋ/կգ) - գոլորշիացման հատուկ ջերմությունը գրեթե յոթ անգամ ավելի մեծ է: Սա զարմանալի չէ. ի վերջո, սառույցը հալեցնելու համար հարկավոր է միայն ոչնչացնել ջրի մոլեկուլների պատվիրված դասավորությունը բյուրեղային ցանցի հանգույցներում. միևնույն ժամանակ մոլեկուլների միջև հեռավորությունները մնում են մոտավորապես նույնը: Բայց ջուրը գոլորշու վերածելու համար հարկավոր է շատ ավելի շատ աշխատանք կատարել մոլեկուլների միջև եղած բոլոր կապերը կոտրելու և մոլեկուլները միմյանցից զգալի հեռավորության վրա հեռացնելու համար:
Խտացման գրաֆիկ
Գոլորշի խտացման և հեղուկի հետագա սառեցման գործընթացը գրաֆիկի վրա սիմետրիկորեն նայում է տաքացման և եռման գործընթացին: Ահա համապատասխանը խտացման գրաֆիկհարյուր աստիճանի ջրային գոլորշու դեպքում, որն առավել հաճախ հանդիպում է խնդիրներում (նկ. 5):
Բրինձ. 5. Խտացման գրաֆիկ
Այն կետում, որտեղ մենք ունենք ջրի գոլորշի: Տարածքում առկա է խտացում; այս տարածքի ներսում կա գոլորշու և ջրի խառնուրդ: Կետում այլևս գոլորշի չկա, կա միայն ջուր: Տարածքը այս ջրի հովացումն է։
Փորձը ցույց է տալիս, որ զանգվածային գոլորշու խտացման ժամանակ (այսինքն՝ հատվածով անցնելիս) արտազատվում է ճիշտ նույն քանակությամբ ջերմություն, որը ծախսվել է տվյալ ջերմաստիճանում հեղուկ զանգվածը գոլորշու վերածելու համար։
Եկեք համեմատենք ջերմության հետևյալ քանակությունները զվարճանքի համար.
Որն ազատվում է ջրի գոլորշիների խտացման ժամանակ;
, որն ազատվում է, երբ ստացված 100 աստիճան ջուրը սառչում է, ասենք, ջերմաստիճանի:
J;
Ջ.
Այս թվերը հստակ ցույց են տալիս, որ գոլորշու այրումը շատ ավելի վատ է, քան եռացող ջրով: Երբ եռացող ջուրը շփվում է մաշկի հետ, «միայն» բաց է թողնվում (եռացող ջուրը սառչում է): Բայց գոլորշով այրվելու դեպքում սկզբում մեծության կարգով ավելի մեծ քանակությամբ ջերմություն կթողարկվի (գոլորշին խտանում է), հարյուր աստիճանի ջուր է գոյանում, որից հետո նույն քանակությունը կավելացվի, քանի որ այս ջուրը սառչում է։
Նյութի հեղուկ վիճակից գազային վիճակի փոխվող երեւույթը կոչվում է գոլորշիացում. Գոլորշիացումը կարող է իրականացվել երկու գործընթացի տեսքով. գոլորշիացումԵվ
Գոլորշիացում
Գոլորշիացումը տեղի է ունենում հեղուկի մակերեւույթից ցանկացած ջերմաստիճանում: Այսպիսով, ջրափոսերը չորանում են 10 °C, 20 °C և 30 °C ջերմաստիճաններում։ Այսպիսով, գոլորշիացումը նյութի հեղուկ վիճակից գազային վիճակի վերածելու գործընթացն է, որը տեղի է ունենում հեղուկի մակերևույթից ցանկացած ջերմաստիճանում:
Նյութի կառուցվածքի տեսակետից հեղուկի գոլորշիացումը բացատրվում է այսպես. Հեղուկի մոլեկուլները, մասնակցելով անընդհատ շարժմանը, ունեն տարբեր արագություններ։ Ամենաարագ մոլեկուլները, որոնք գտնվում են ջրի և օդի մակերևույթի սահմանին և ունեն համեմատաբար բարձր էներգիա, հաղթահարում են հարևան մոլեկուլների ձգողականությունը և հեռանում հեղուկից։ Այսպիսով, վերևում հեղուկը ձևավորվում է գոլորշու.
Քանի որ ավելի մեծ ներքին էներգիա ունեցող մոլեկուլները գոլորշիացման ժամանակ դուրս են թռչում հեղուկից՝ համեմատած հեղուկում մնացած մոլեկուլների էներգիայի հետ, հեղուկի մոլեկուլների միջին արագությունը և միջին կինետիկ էներգիան նվազում են, և, հետևաբար, հեղուկի ջերմաստիճանը նվազում է։
Գոլորշիացման արագությունհեղուկը կախված է հեղուկի տեսակից: Այսպիսով, եթերի գոլորշիացման արագությունը ավելի մեծ է, քան ջրի և բուսական յուղի գոլորշիացման արագությունը: Բացի այդ, գոլորշիացման արագությունը կախված է հեղուկի մակերևույթից բարձր օդի տեղաշարժից: Ապացույցը կարող է լինել այն, որ լվացքը քամու ժամանակ ավելի արագ է չորանում, քան նույն արտաքին պայմաններում առանց քամի տեղում։
Գոլորշիացման արագությունկախված է հեղուկի ջերմաստիճանից: Օրինակ՝ 30°C-ի ջուրն ավելի արագ է գոլորշիանում, քան 10°C-ում:
Հայտնի է, որ ափսեի մեջ լցված ջուրն ավելի արագ է գոլորշիանալու, քան բաժակի մեջ լցված նույն զանգվածի ջուրը։ Հետևաբար, դա կախված է հեղուկի մակերեսից:
Խտացում
Նյութը գազային վիճակից հեղուկ վիճակի փոխելու գործընթացը կոչվում է խտացում.
Խտացման գործընթացը տեղի է ունենում գոլորշիացման գործընթացի հետ միաժամանակ: Մոլեկուլները, որոնք արտանետվում են հեղուկից և գտնվում են դրա մակերեսի վերևում, մասնակցում են քաոսային շարժմանը: Նրանք բախվում են այլ մոլեկուլների հետ, և ժամանակի ինչ-որ պահի նրանց արագությունները կարող են ուղղվել դեպի հեղուկի մակերեսը, և մոլեկուլները կվերադառնան այնտեղ։
Եթե անոթը բաց է, ապա գոլորշիացման գործընթացն ավելի արագ է տեղի ունենում, քան խտացումը, և անոթի հեղուկի զանգվածը նվազում է։ Հեղուկի վերևում ձևավորված գոլորշին կոչվում է չհագեցած .
Եթե հեղուկը գտնվում է փակ տարայի մեջ, ապա սկզբում հեղուկը լքող մոլեկուլների թիվն ավելի մեծ կլինի, քան դրան վերադարձող մոլեկուլների թիվը, սակայն ժամանակի ընթացքում հեղուկի վերևում գտնվող գոլորշիների խտությունը այնքան կաճի, որ հեռացող մոլեկուլների թիվը։ հեղուկը հավասար կլինի իրեն վերադարձող մոլեկուլների թվին։ Այս դեպքում տեղի է ունենում հեղուկի դինամիկ հավասարակշռություն իր գոլորշու հետ:
Գոլորշին, որն իր հեղուկի հետ գտնվում է դինամիկ հավասարակշռության վիճակում, կոչվում է հագեցած գոլորշի .
Եթե հագեցած գոլորշի պարունակող հեղուկով անոթը տաքացվի, ապա սկզբնական շրջանում հեղուկը լքող մոլեկուլների թիվը կավելանա և ավելի մեծ կլինի, քան դրան վերադարձող մոլեկուլների թիվը։ Ժամանակի ընթացքում հավասարակշռությունը կվերականգնվի, բայց հեղուկի վերևում գտնվող գոլորշու խտությունը և, համապատասխանաբար, նրա ճնշումը կաճի:
Բոլոր նյութերն ունեն ագրեգացման երեք վիճակ՝ պինդ, հեղուկ և գազային, որոնք առաջանում են հատուկ պայմաններում։
Սահմանում 1
Փուլային անցումնյութի անցումն է մի վիճակից մյուսին:
Նման գործընթացի օրինակներ են խտացումը և գոլորշիացումը:
Եթե ստեղծեք որոշակի պայմաններ, կարող եք ցանկացած իրական գազ (օրինակ՝ ազոտ, ջրածին, թթվածին) վերածել հեղուկի։ Դրա համար անհրաժեշտ է ջերմաստիճանն իջեցնել որոշակի նվազագույնից, որը կոչվում է կրիտիկական ջերմաստիճան: Այն նշանակված է T-ից r. Այսպիսով, ազոտի համար այս պարամետրի արժեքը 126 Կ է, ջրի համար՝ 647,3 Կ, թթվածնի համար՝ 154,3 Կ։ Սենյակի ջերմաստիճանը պահպանելիս ջուրը կարող է պահպանել և՛ գազային, և՛ հեղուկ վիճակ, մինչդեռ ազոտն ու թթվածինը կարող են մնալ միայն գազային։
Սահմանում 2
Գոլորշիացում- Սա նյութի փուլային անցումն է հեղուկից գազային վիճակի:
Մոլեկուլային կինետիկ տեսությունը բացատրում է այս գործընթացը այն մոլեկուլների հեղուկի մակերևույթից աստիճանական տեղաշարժով, որոնց կինետիկ էներգիան ավելի մեծ է, քան հեղուկ նյութի մնացած մոլեկուլների հետ դրանց միացման էներգիան։ Գոլորշիացման պատճառով մնացած մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան նվազում է, ինչը, իր հերթին, հանգեցնում է հեղուկի ջերմաստիճանի նվազմանը, եթե նրան արտաքին էներգիայի լրացուցիչ աղբյուր չմատակարարվի։
Սահմանում 3
Խտացումնյութի փուլային անցում գազային վիճակից հեղուկ վիճակի (գործընթացը հակառակ գոլորշիացման):
Խտացման ժամանակ գոլորշիների մոլեկուլները վերադառնում են հեղուկ վիճակի:
Նկար 3. 4 . 1 . Գոլորշիացման և խտացման մոդել.
Եթե հեղուկ կամ գազ պարունակող անոթը խցանված է, ապա դրա պարունակությունը կարող է լինել դինամիկ հավասարակշռության մեջ, այսինքն. խտացման և գոլորշիացման գործընթացների արագությունը նույնն է լինելու (հեղուկից գոլորշիանալու են այնքան մոլեկուլներ, որքան գոլորշիից հետ են վերադարձվում): Այս համակարգը կոչվում է երկփուլ:
Սահմանում 4
Հագեցած գոլորշիգոլորշի է, որն իր հեղուկի հետ գտնվում է դինամիկ հավասարակշռության վիճակում։
Հարաբերություն կա հեղուկի մակերևույթից մեկ վայրկյանում գոլորշիացող մոլեկուլների քանակի և այդ հեղուկի ջերմաստիճանի միջև։ Կոնդենսացիայի գործընթացի արագությունը կախված է գոլորշու մոլեկուլների կոնցենտրացիայից և դրանց ջերմային շարժման արագությունից, որն, իր հերթին, նույնպես ուղղակիորեն կախված է ջերմաստիճանից։ Հետևաբար, մենք կարող ենք եզրակացնել, որ երբ հեղուկը և նրա գոլորշին գտնվում են հավասարակշռության մեջ, մոլեկուլների կոնցենտրացիան որոշվելու է հավասարակշռության ջերմաստիճանով: Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, գոլորշիների մոլեկուլների բարձր կոնցենտրացիան պահանջվում է, որպեսզի գոլորշիացումը և խտացումը հավասարվեն արագությամբ:
Քանի որ, ինչպես արդեն պարզել ենք, կոնցենտրացիան և ջերմաստիճանը որոշելու են գոլորշու (գազի) ճնշումը, կարող ենք ձևակերպել հետևյալ հայտարարությունը.
Սահմանում 5
Որոշակի նյութի հագեցած գոլորշիների ճնշումը p 0 կախված չէ ծավալից, այլ ուղղակիորեն կախված է ջերմաստիճանից։
Հենց այս պատճառով է, որ հարթության վրա իրական գազերի իզոթերմները ներառում են երկփուլ համակարգին համապատասխանող հորիզոնական բեկորներ։
Նկար 3. 4 . 2. Իրական գազի իզոթերմներ. I շրջանը հեղուկ է, I շրջանը երկփուլ համակարգ է «հեղուկ + հագեցած գոլորշի», I I շրջանը գազային նյութ է։ K - կրիտիկական կետ:
Եթե ջերմաստիճանը բարձրանա, և՛ հագեցած գոլորշիների ճնշումը, և՛ դրա խտությունը կավելանան, բայց հեղուկի խտությունը, ընդհակառակը, կնվազի ջերմային ընդարձակման պատճառով։ Երբ հասնում է տվյալ նյութի կրիտիկական ջերմաստիճանը, հեղուկի և գազի խտությունը հավասարվում է այս կետն անցնելուց հետո, ֆիզիկական տարբերությունները անհետանում են հագեցած գոլորշու և հեղուկի միջև:
Վերցնենք հագեցած գոլորշին և իզոթերմորեն սեղմենք Տ< T к р. Его давление будет постепенно возрастать, пока не сравняется с давлением насыщенного пара. Постепенно на дне сосуда появится жидкость, и между ней и ее насыщенным паром возникнет динамическое равновесие. По мере уменьшения объема будет происходить конденсация все большей части пара при неизменном давлении (на изотерме это состояние соответствует горизонтальному участку). После того, как весь пар перейдет в жидкое состояние, давление начнет резко увеличиваться при дальнейшем уменьшении объема, поскольку жидкость сжимается слабо.
Գազից հեղուկի անցում կատարելու համար պարտադիր չէ երկփուլ շրջանով անցնել։ Գործընթացը կարող է իրականացվել նաև կրիտիկական կետը շրջանցելով։ Պատկերում այս տարբերակը ցուցադրված է A B C կոտրված գծի միջոցով:
Նկար 3. 4 . 3. Իրական գազի իզոթերմային մոդել.
Օդը, որը մենք շնչում ենք, միշտ ջրի գոլորշի է պարունակում որոշակի ճնշման տակ: Այս ճնշումը սովորաբար ավելի քիչ է, քան հագեցած գոլորշու ճնշումը:
Սահմանում 6
Հարաբերական խոնավությունմասնակի ճնշման հարաբերակցությունն է հագեցած ջրի գոլորշիների ճնշմանը:
Սա կարելի է գրել որպես բանաձև.
φ = p p 0 · 100 % .
Չհագեցած գոլորշին նկարագրելու համար թույլատրվում է նաև օգտագործել իդեալական գազի վիճակի հավասարումը, հաշվի առնելով իրական գազի սովորական սահմանափակումները. յուրաքանչյուր կոնկրետ նյութի համար որոշված արժեքից բարձր ջերմաստիճան:
Գազի իդեալական օրենքները կիրառվում են հագեցած գոլորշու նկարագրության համար: Այնուամենայնիվ, յուրաքանչյուր ջերմաստիճանի ճնշումը պետք է որոշվի տվյալ նյութի հավասարակշռության կորից:
Որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան բարձր է հագեցած գոլորշիների ճնշումը: Այս կախվածությունը չի կարող առաջանալ գազի իդեալական օրենքներից: Ենթադրելով մոլեկուլների մշտական կոնցենտրացիան, գազի ճնշումը մշտապես կաճի ջերմաստիճանի ուղիղ համամասնությամբ: Եթե գոլորշին հագեցած է, ապա ջերմաստիճանի բարձրացմամբ ոչ միայն կոնցենտրացիան կավելանա, այլև մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան։ Այստեղից հետևում է, որ որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան արագ է բարձրանում հագեցած գոլորշիների ճնշումը։ Այս գործընթացը տեղի է ունենում ավելի արագ, քան իդեալական գազի ճնշման աճը, պայմանով, որ դրանում մոլեկուլների կոնցենտրացիան մնում է հաստատուն:
Ինչ է եռում
Մենք վերևում նշեցինք, որ գոլորշիացումը տեղի է ունենում հիմնականում մակերեսից, բայց այն կարող է առաջանալ նաև հեղուկի հիմնական ծավալից: Ցանկացած հեղուկ նյութ ներառում է գազի փոքր փուչիկները: Եթե արտաքին ճնշումը (այսինքն՝ դրանցում գազի ճնշումը) հավասարեցվի հագեցած գոլորշու ճնշմանը, ապա պղպջակների ներսում հեղուկը կգոլորշիանա, և նրանք կսկսեն լցվել գոլորշով, ընդարձակվել և լողալ դեպի մակերես։ Այս գործընթացը կոչվում է եռում: Այսպիսով, եռման կետը կախված է արտաքին ճնշումից:
Սահմանում 7
Հեղուկը սկսում է եռալ այնպիսի ջերմաստիճանում, որի դեպքում արտաքին ճնշումը և նրա հագեցած գոլորշիների ճնշումը հավասար են։
Եթե մթնոլորտային ճնշումը նորմալ է, ապա ջուրը եռացնելու համար անհրաժեշտ է 100 ° C ջերմաստիճան Այս ջերմաստիճանում հագեցած ջրի գոլորշիների ճնշումը հավասար կլինի 1 ա տ մթնոլորտային ճնշման նվազում, եռման կետը կնվազի մինչև 70 ° C:
Հեղուկը կարող է եռալ միայն բաց տարայի մեջ։ Եթե այն հերմետիկորեն փակված է, ապա հեղուկի և դրա հագեցած գոլորշու հավասարակշռությունը կխախտվի: Դուք կարող եք պարզել եռման կետը տարբեր ճնշումների դեպքում՝ օգտագործելով հավասարակշռության կորը:
Վերևի նկարը ցույց է տալիս փուլային անցումների գործընթացները՝ խտացում և գոլորշիացում՝ օգտագործելով իրական գազի իզոթերմը: Այս դիագրամը թերի է, քանի որ նյութը կարող է նաև պինդ վիճակ ստանալ։ Տվյալ ջերմաստիճանում նյութի փուլերի միջև թերմոդինամիկական հավասարակշռության հասնելը հնարավոր է միայն համակարգում որոշակի ճնշման դեպքում:
Սահմանում 8
Ֆազային հավասարակշռության կորըհավասարակշռության ճնշման և ջերմաստիճանի հարաբերությունն է:
Նման հարաբերությունների օրինակ կարող է լինել հեղուկի և հագեցած գոլորշու հավասարակշռության կորը: Եթե կառուցենք կորեր, որոնք ցույց են տալիս հարթության վրա մեկ նյութի փուլերի միջև հավասարակշռությունը, ապա կտեսնենք որոշակի տարածքներ, որոնք համապատասխանում են նյութի տարբեր ագրեգատ վիճակներին՝ հեղուկ, պինդ, գազային: Կոորդինատային համակարգում գծված կորերը կոչվում են փուլային դիագրամներ:
Նկար 3. 4 . 4 . Նյութի բնորոշ փուլային դիագրամ. K – կրիտիկական կետ, T – եռակի կետ: I շրջանը պինդ է, I շրջանը հեղուկ է, I I շրջանը գազային նյութ է։
Նյութի գազային և պինդ փուլերի միջև հավասարակշռությունը արտացոլվում է այսպես կոչված սուբլիմացիայի կորով (նկարում այն նշված է որպես 0 T), գոլորշու և հեղուկի միջև՝ գոլորշիացման կորով, որն ավարտվում է կրիտիկական կետում: Հեղուկի և պինդի միջև հավասարակշռության կորը կոչվում է հալման կոր:
Սահմանում 9
Եռակի կետ- սա այն կետն է, որտեղ բոլոր հավասարակշռության կորերը համընկնում են, այսինքն. Հնարավոր են նյութի բոլոր փուլերը:
Շատ նյութեր հասնում են եռակի կետին 1 ա տ մ ≈ 10 5 Պա պակաս ճնշման դեպքում։ Մթնոլորտային ճնշման տակ տաքացնելիս հալչում են։ Այսպիսով, ջրի մոտ եռակի կետն ունի կոորդինատներ T t r = 273,16 K, p t r = 6,02 10 2 P a: Հենց դրա վրա է հիմնված Կելվինի բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակը։
Որոշ նյութերի համար եռակի կետը հասնում է 1 ատմ-ից բարձր ճնշման դեպքում:
Օրինակ 1
Օրինակ՝ ածխաթթու գազը պահանջում է 5,11 ա տ մ ճնշում և T tr = 216,5 Կ ջերմաստիճան: Եթե ճնշումը հավասար է մթնոլորտի, ապա այն պինդ վիճակում պահելու համար անհրաժեշտ է ցածր ջերմաստիճան և անցում հեղուկ վիճակի։ դառնում է անհնար. Մթնոլորտային ճնշման ժամանակ իր գոլորշու հետ հավասարակշռված ածխաթթու գազը կոչվում է չոր սառույց: Այս նյութն ընդունակ չէ հալվելու, այլ կարող է միայն գոլորշիանալ (սուբլիմացվել)։
Եթե տեքստում սխալ եք նկատել, ընդգծեք այն և սեղմեք Ctrl+Enter
