Nhiệt độ Tới Hạn Của Cơ Thể Con Người. Nhiệt độ Nguy Hiểm

Có thể bạn quan tâm

Trang Chủ › Tiểu sử Nhiệt độ tới hạn của cơ thể con người. Nhiệt độ nguy hiểm

Nếu một lượng chất lỏng nhất định được đặt trong một bình kín, thì một phần của chất lỏng sẽ bay hơi và sẽ có hơi bão hòa bên trên chất lỏng. Áp suất, và do đó mật độ của hơi này, phụ thuộc vào nhiệt độ. Khối lượng riêng của hơi thường nhỏ hơn nhiều so với khối lượng riêng của chất lỏng ở cùng nhiệt độ. Nếu tăng nhiệt độ, thì khối lượng riêng của chất lỏng sẽ giảm (§ 198), trong khi áp suất và khối lượng riêng của hơi bão hòa sẽ tăng lên. Trong bảng. 22 cho thấy các giá trị của khối lượng riêng của nước và hơi nước bão hòa đối với các nhiệt độ khác nhau (và do đó, đối với các áp suất tương ứng). Trên hình. 497 dữ liệu giống nhau được trình bày dưới dạng đồ thị. Phần trên của đồ thị cho thấy sự thay đổi khối lượng riêng của chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ của nó. Khi nhiệt độ tăng, khối lượng riêng của chất lỏng giảm. Phần dưới của đồ thị cho thấy sự phụ thuộc của mật độ hơi bão hòa vào nhiệt độ. Mật độ hơi tăng. Ở nhiệt độ tương ứng với điểm, khối lượng riêng của chất lỏng và hơi bão hòa là như nhau.

Cơm. 497. Sự phụ thuộc của khối lượng riêng của nước và hơi bão hòa của nó vào nhiệt độ

Bảng 22. Tính chất của nước và hơi bão hòa của nó ở các nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ,

Áp suất hơi bão hòa,

Mật độ của nước,

Mật độ của hơi nước bão hòa,

Nhiệt riêng của hóa hơi,

Bảng cho thấy rằng nhiệt độ càng cao, sự khác biệt giữa khối lượng riêng của chất lỏng và khối lượng riêng của hơi bão hòa của nó càng nhỏ. Ở một nhiệt độ nhất định (đối với nước ở) các mật độ này trùng nhau. Nhiệt độ mà mật độ của chất lỏng và hơi bão hòa của nó trùng nhau được gọi là nhiệt độ tới hạn của một chất nhất định. Trên hình. 497 tương ứng với dấu chấm. Áp suất tương ứng với điểm được gọi là áp suất tới hạn. Nhiệt độ tới hạn của các chất khác nhau rất khác nhau. Một số trong số chúng được đưa ra trong Bảng. 23.

Bảng 23. Nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn của một số chất

Chất	Nhiệt độ nguy hiểm,	Áp suất tới hạn, atm	Chất	Nhiệt độ nguy hiểm,	Áp suất tới hạn, atm
cạc-bon đi-ô-xít
Ôxy
Ethanol

Sự tồn tại của nhiệt độ tới hạn chỉ ra điều gì? Điều gì xảy ra ở nhiệt độ cao hơn?

Kinh nghiệm cho thấy ở nhiệt độ cao hơn tới hạn, một chất chỉ có thể tồn tại ở trạng thái khí. Nếu chúng ta giảm thể tích mà hơi chiếm thể tích ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn, thì áp suất hơi tăng lên, nhưng nó không trở nên bão hòa và tiếp tục đồng nhất: cho dù áp suất lớn đến đâu, chúng ta sẽ không tìm thấy hai trạng thái cách nhau một ranh giới rõ ràng, như mọi khi được quan sát. ở nhiệt độ thấp hơn do hơi nước ngưng tụ. Vì vậy, nếu nhiệt độ của chất nào cao hơn nhiệt độ tới hạn thì cân bằng của chất ở thể lỏng và thể hơi tiếp xúc với chất đó ở bất kỳ áp suất nào là không thể.

Trạng thái tới hạn của vật chất có thể được quan sát bằng dụng cụ được chỉ ra trong Hình. 498. Nó bao gồm một hộp sắt có cửa sổ, có thể được làm nóng cao hơn ("bồn tắm không khí"), và một ống thủy tinh với ête bên trong bồn tắm. Khi bồn tắm được làm nóng, mặt khum trong ống tăng lên, trở nên phẳng hơn và cuối cùng biến mất, điều này cho thấy sự chuyển đổi qua trạng thái tới hạn. Khi bồn tắm được làm lạnh, ống thuốc đột nhiên bị vẩn đục do sự hình thành của nhiều giọt ete nhỏ, sau đó ete đọng lại ở phần dưới của ống thuốc.

Cơm. 498. Thiết bị giám sát trạng thái tới hạn của ête

Như có thể thấy từ Bảng. 22, khi đến gần điểm tới hạn, nhiệt dung riêng của quá trình hóa hơi càng ngày càng nhỏ. Điều này được giải thích bởi thực tế là khi nhiệt độ tăng, sự chênh lệch giữa năng lượng bên trong của một chất ở trạng thái lỏng và hơi giảm. Thật vậy, lực kết dính của các phân tử phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử. Nếu mật độ của chất lỏng và hơi khác nhau một chút, thì khoảng cách trung bình giữa các phân tử cũng khác nhau rất ít. Do đó, trong trường hợp này, các giá trị của thế năng tương tác của các phân tử cũng sẽ khác nhau rất ít. Số hạng thứ hai trong nhiệt hóa hơi - tác dụng với áp suất bên ngoài - cũng giảm khi nhiệt độ tới hạn gần đến. Điều này xuất phát từ thực tế là sự khác biệt về mật độ hơi và chất lỏng càng nhỏ, thì sự giãn nở xảy ra trong quá trình bay hơi càng nhỏ, và do đó, công việc thực hiện trong quá trình bay hơi càng ít.

Sự tồn tại của một nhiệt độ tới hạn lần đầu tiên được chỉ ra vào năm 1860. Dmitri Ivanovich Mendeleev (1834-1907), nhà hóa học người Nga, người đã khám phá ra quy luật cơ bản của hóa học hiện đại - quy luật tuần hoàn của các nguyên tố hóa học. Công lao to lớn trong việc nghiên cứu nhiệt độ tới hạn thuộc về nhà hóa học người Anh Thomas Andrews, người đã nghiên cứu chi tiết về hoạt động của carbon dioxide trong quá trình thay đổi đẳng nhiệt về thể tích mà nó chiếm giữ. Andrews đã chỉ ra rằng ở nhiệt độ thấp hơn trong một bình kín, có thể cùng tồn tại carbon dioxide ở trạng thái lỏng và khí; ở nhiệt độ cao hơn sự tồn tại như vậy là không thể, và toàn bộ bình chỉ chứa đầy khí, bất kể thể tích của nó giảm đi như thế nào.

Sau khi phát hiện ra nhiệt độ tới hạn, người ta đã hiểu rõ tại sao trong một thời gian dài, người ta không thể biến các chất khí như oxy hoặc hydro thành chất lỏng. Nhiệt độ tới hạn của chúng rất thấp (Bảng 23). Để biến các khí này thành chất lỏng, chúng phải được làm lạnh dưới nhiệt độ tới hạn. Nếu không có điều này, mọi nỗ lực hóa lỏng chúng đều thất bại.

TYUMEN STATE UNIVERSITY

KHOA VẬT LÝ RĂNG SỨ

XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CHÍNH

I. Sơ lược về lý thuyết

§ 1. Các khí thực.

Phương trình trạng thái của Clapeyron - Mendeleev mô tả khá tốt các tính chất của các chất khí đã biết từ các thí nghiệm. Tuy nhiên, nó là gần đúng và chỉ có giá trị ở áp suất đủ thấp. Ngoài ra, kinh nghiệm cho thấy rằng ở áp suất và nhiệt độ nhất định, các chất khí sẽ ngưng tụ, tức là chuyển sang trạng thái lỏng. Phương trình Clapeyron - Mendeleev không mô tả hiện tượng này. Đường đẳng nhiệt của khí thực trong trường hợp này có dạng đặc trưng (Hình 1).

Hãy coi quá trình tương ứng với lịch trình này, được thực hiện theo phương của ABCD. Một phần của đường đẳng nhiệt AB mô tả quá trình nén khí trước khi bắt đầu ngưng tụ. Nó có thể trùng khớp khá tốt với đường đẳng nhiệt được tính theo phương trình Clapeyron-Mendeleev (được hiển thị dưới dạng một đường chấm). Tuy nhiên, trong một quá trình được thực hiện với chất thực ở một áp suất nhất định, sự ngưng tụ sẽ bắt đầu (điểm B trên đồ thị). Áp suất này được gọi là áp suất hơi bão hòa hoặc đơn giản là áp suất bão hòa.

Một phần của đồ thị BC mô tả trạng thái hai pha của vật chất. Khi thể tích giảm dần, tỉ khối ngày càng tăng của chất chuyển từ trạng thái hơi sang trạng thái lỏng. Điểm C mô tả trạng thái khi tất cả vật chất chuyển sang thể lỏng. Cuối cùng, CD mô tả quá trình nén chất lỏng, đồ thị chạy gần như song song với trục tung, phản ánh một thực tế được nhiều người biết đến: chất lỏng có khả năng nén kém hơn nhiều so với chất khí.

Nếu chúng ta thực hiện các quá trình đẳng nhiệt tương tự với cùng một lượng chất ở các nhiệt độ khác nhau, chúng ta sẽ có một hệ thống các đường đẳng nhiệt như hình 2.

Các đường cong tương ứng với nhiệt độ cao hơn nằm xa gốc tọa độ hơn. Khi nhiệt độ tăng, các phần nằm ngang của các đường đẳng nhiệt mô tả trạng thái hai pha giảm đi và ở một nhiệt độ nhất định, suy biến thành một điểm duy nhất. Nhiệt độ này được gọi là tới hạn.

Ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn, không thể thu được chất ở trạng thái hai pha.

§ 2. Phương trình Van der Waals. Đường đẳng nhiệt Van der Waals.

Phương trình trạng thái của khí lý tưởng ở mật độ cao không thể phù hợp với thực nghiệm, vì khi nó được viết ra, người ta đã giả định rằng các phân tử không có thứ nguyên và không tương tác với nhau. Để có được một phương trình trạng thái mô tả thỏa đáng các tính chất của khí thực, cần phải tính đến kích thước của các phân tử hoặc lực đẩy nảy sinh giữa các phân tử nằm cách xa nhau. Ngoài ra, lực hút giữa các phân tử cũng phải được tính đến.

Có thể lấy phương trình trạng thái của Clapeyron - Mendeleev làm cơ sở và thực hiện các sửa đổi thích hợp cho nó. Chúng tôi sẽ tính đến lực đẩy hoặc kích thước của các phân tử bằng cách đưa ra hiệu chỉnh về thể tích trong phương trình Clapeyron-Mendeleev cho một kilomole khí

(1)

(2)

Có thể thấy từ biểu thức thứ hai rằng tại, áp suất có xu hướng vô cùng, tức là Bạn không thể nén vật chất đến một thể tích bằng không.

Ở khoảng cách tương đối lớn giữa các phân tử, lực hấp dẫn đóng một vai trò quan trọng. Chúng có thể được tính đến bằng cách đưa ra một hiệu chỉnh thích hợp đối với áp suất trong phương trình (2):

(3)

Hiệu chỉnh này phải lấy dấu âm, giả sử rằng lực hút của các phân tử dẫn đến giảm áp suất trên thành bình chứa một lượng khí nhất định. Phương trình (3) có thể được chuyển đổi như sau:

(4)

Đây là phương trình trạng thái của khí thực, lần đầu tiên được van der Waals thu được. Bạn có thể viết nó cho một lượng chất tùy ý:

(5)

trọng lượng phân tử tương đối là ở đâu.

Phương trình (4) có thể được biểu diễn dưới dạng một chuỗi lũy thừa về khối lượng:

(6)

Ở áp suất và nhiệt độ cố định, nó sẽ là một phương trình bậc ba đối với thể tích và phải có ba nghiệm. Các kết quả thú vị nhất thu được bằng cách phân tích các đường đẳng nhiệt van der Waals, một trong số đó được thể hiện trong Hình 3.

Ở một nhiệt độ cố định, mỗi giá trị áp suất sẽ tương ứng với ba nghiệm của phương trình (6). Áp suất tương ứng với ba gốc thực,. Các áp suất tương ứng với một gốc thực và hai gốc liên hợp phức tạp, không có ý nghĩa vật lý và sẽ không được xem xét thêm.

Thật thú vị khi so sánh đường đẳng nhiệt van der Waals và đường đẳng nhiệt thực nghiệm. Trong hình 3, mặt cắt ngang của đường đẳng nhiệt thực nghiệm được biểu diễn bằng đường thẳng BF. Phần AB mô tả trạng thái khí của vật chất và trùng khớp một cách thỏa đáng với đường đẳng nhiệt thực nghiệm. Phần FG mô tả quá trình nén đẳng nhiệt của chất lỏng. Do đó, phương trình van der Waals mô tả tương đối tốt hành vi của vật chất ở trạng thái khí và lỏng trong quá trình đẳng nhiệt.

Các đường đẳng nhiệt khác nhau đáng kể trong phần BF . Tuy nhiên, các nhánh BC và EF có một ý nghĩa vật lý nhất định. Các trạng thái của vật chất được đại diện bởi vùng BC có thể thu được bằng thực nghiệm. Đây là hơi nước siêu bão hòa hoặc siêu lạnh. Các trạng thái của vật chất tương ứng với phần EF cũng được quan sát bằng thực nghiệm. Chất lỏng ở trạng thái như vậy được gọi là quá nhiệt. Những trạng thái này được gọi là khả năng di căn. Một phần của CDE đẳng nhiệt van der Waals không bao giờ được quan sát thấy trong các thí nghiệm. Nó mô tả một trạng thái không ổn định của vật chất.

§ 3. Nhiệt độ tới hạn. Tình huống nghiêm trọng.

Hãy xây dựng một họ các đường đẳng nhiệt van der Waals (Hình 4). Khi nhiệt độ tăng, các đường cong sẽ nằm xa gốc tọa độ hơn và đặc tính của chúng sẽ thay đổi. Cực đại và cực tiểu sẽ hội tụ cả dọc theo trục abscissa và dọc theo trục tọa độ, và ở một nhiệt độ nhất định chúng sẽ hợp nhất thành một điểm, điểm uốn. Ở nhiệt độ này và áp suất tương ứng với điểm này, ba gốc thực trở thành bội số. Sự phân biệt giữa chất lỏng và hơi và mặt phân cách giữa chúng biến mất. Trạng thái như vậy được gọi là tới hạn, và nhiệt độ được gọi là nhiệt độ tới hạn. Nhiệt độ này là một tính chất đặc trưng của mọi chất.

Sử dụng phương trình van der Waals, người ta có thể biểu thị các thông số tới hạn, về hằng số chất riêng lẻ và cũng như về hằng số khí phổ quát.

Một cách để tìm các tham số tới hạn là dựa trên thực tế là các gốc của phương trình van der Waals được viết cho trạng thái tới hạn là bội số, tức là, phương trình có thể được biểu diễn như sau:

Hãy so sánh với phương trình (6)

Đẳng thức này sẽ được thực hiện giống hệt nhau nếu các hệ số, ở cùng lũy thừa, bằng nhau:

, (8)

Giải hệ phương trình (8), ta thu được biểu thức cho các tham số tới hạn:

, , . (9)

Kết quả tương tự có thể thu được theo một cách khác. Như đã lưu ý, điểm biểu diễn trạng thái tới hạn là điểm uốn trên đồ thị của quá trình đẳng nhiệt trong tọa độ ,. Chúng tôi sử dụng phương trình (3), định nghĩa áp suất là một hàm của thể tích ở nhiệt độ cố định. Từ quá trình phân tích toán học, người ta biết rằng tại điểm uốn, đạo hàm thứ nhất và thứ hai bằng 0:

(10)

(11)

Giải hệ phương trình (3), (10), (11) đối với, ta thu được các quan hệ tương tự (9) đối với chúng.

Sau khi xác định bằng thực nghiệm các thông số tới hạn, người ta có thể tìm thấy các hằng số riêng của chất và.

, . (12)

Do đó, phương trình van der Waals mô tả các đặc tính của chất lỏng và chất khí và dự đoán sự tồn tại của một trạng thái tới hạn. Tuy nhiên, nó ít phổ biến hơn phương trình Clapeyron-Mendeleev, vì nó bao gồm hai hằng số riêng của vật chất và.

II. Mô tả về CÀI ĐẶT.

Kiến thức về các tham số tới hạn, là mối quan tâm đáng kể về mặt khoa học và thực tiễn. Trên nhiệt độ tới hạn, một chất chỉ có thể tồn tại ở trạng thái khí. Nhiệt ẩn của quá trình hóa hơi và hệ số căng bề mặt biến mất ở nhiệt độ tới hạn.

Bằng cách xây dựng một hệ thống đường đẳng nhiệt dựa trên dữ liệu thực nghiệm (như trong Hình 2), người ta có thể xác định nhiệt độ tới hạn và hai thông số khác. Phương pháp này lần đầu tiên được Andrews áp dụng trong việc xác định các thông số tới hạn của carbon dioxide. Khi chỉ xác định nhiệt độ tới hạn, người ta có thể sử dụng phương pháp ít phức tạp hơn đối với sự biến mất của mặt khum. Chất thử được cho vào ống thủy tinh đậy kín và nung nóng. Nếu lượng chất lỏng trong ống được chọn sao cho trong quá trình đun nóng, mặt khum thực tế vẫn giữ nguyên vị trí, thì tại một thời điểm nhất định chất này sẽ đạt đến trạng thái tới hạn (mặt khum sẽ biến mất). Khi nguội, nó sẽ xuất hiện trở lại và cơ chất sẽ phân tách thành hai pha. Nhiệt độ mà mặt khum xuất hiện và biến mất sẽ là nhiệt độ tới hạn.

Việc xác định nhiệt độ tới hạn được thực hiện tại nơi lắp đặt, sơ đồ được thể hiện trong Hình 5.

Bộ chiếu sáng 1 và bộ điều nhiệt 2 được gắn trên một giá đỡ chung, trong đó đặt một bộ vi xử lý đặc biệt 3 với chất đang nghiên cứu. Ở phần dưới của vỏ đèn chiếu sáng có hai công tắc bật tắt: một công tắc bật đèn chiếu sáng, công tắc kia làm nóng 4 bộ điều nhiệt. Nhiệt độ bộ điều nhiệt được kiểm soát bởi hai cặp nhiệt điện Chromel-Copel mắc nối tiếp. Các điểm nối làm việc của cặp nhiệt điện 5 được đặt gần bộ vi áp. Thermo emf đo bằng vôn kế số 6.

Thiết bị của một bộ vi nén, kết hợp một buồng làm việc có cấu trúc và một máy ép nhỏ, được thể hiện trong Hình 6. Thể tích làm việc của bộ vi nén là thể tích của một ống thủy tinh mỏng 1, được đặt trong thân máy ép 2. Ở hai đầu, ống thủy tinh được làm kín bằng vít 3 và 4 bằng các vòng đệm bằng nhựa dẻo 5. Bên trong vít 4, piston 6 có thể di chuyển dọc theo ren và do đó thay đổi thể tích làm việc. Quan sát trực quan sự thay đổi trạng thái của chất được thực hiện thông qua các khe quan sát trong vỏ máy ép và trong vỏ bộ điều nhiệt.

III. ĐO. XỬ LÝ KẾT QUẢ ĐO LƯỜNG.

Trong quá trình thực hiện các công việc trong phòng thí nghiệm cần phải hiệu chỉnh cặp nhiệt điện và xây dựng đường chuẩn. Để thực hiện việc này, trước tiên hãy bật vôn kế, sau đó, sau 20-30 phút, hãy bật bộ điều chỉnh nhiệt. Thay vì một micrô, một nhiệt kế thủy ngân có giới hạn đo từ 0 ° C đến 350 ° C được đặt trong bộ điều nhiệt. Trong quá trình tăng nhiệt độ, cần ghi lại số đo của vôn kế và nhiệt kế qua Dt = 20 ° C. Sau đó, bạn cần bật chế độ làm nóng của bộ điều nhiệt và ghi lại các số đọc tương ứng trong quá trình làm mát. Trình bày kết quả cuối cùng của hiệu chuẩn dưới dạng đồ thị: số đọc vôn kế tính bằng milivôn được vẽ theo chiều dọc U , theo chiều ngang là sự chênh lệch giữa nhiệt độ lò nướng và nhiệt độ phòng. Cần phải lấy chính xác sự chênh lệch nhiệt độ, vì các điểm tiếp xúc "lạnh" của các cặp nhiệt điện ở nhiệt độ phòng.

Sau khi tốt nghiệp, đổ chất thử vào bộ vi xử lý từ phía bên của vít 3 bằng cách sử dụng một ống tiêm. Trong trường hợp này, pít-tông phải được lắp vào ống thủy tinh đến vạch thích hợp, xấp xỉ 3/4 chiều dài. Tiếp theo, cần đóng ấn bằng vít 3 có vòng đệm để không có bọt khí lọt vào trong ống thủy tinh. Vít 3 và 4 phải được vặn chặt. Sau đó, pittong có thể được lấy ra khỏi ống thủy tinh sao cho pha khí tạo thành chiếm thể tích xấp xỉ bằng thể tích pha lỏng. Sau đó, máy ép được đặt trong bộ điều chỉnh nhiệt sao cho tay cầm piston ở trên cùng bên ngoài bộ điều nhiệt và hệ thống sưởi được bật.

Trong quá trình gia nhiệt phải theo dõi vị trí khum, chuyển động của piston theo hướng này hay hướng khác, không được để khuất tầm nhìn. Ở một nhiệt độ nhất định, mặt khum sẽ biến mất. Đây là nhiệt độ tới hạn. Một chất ở trạng thái tới hạn sẽ tán xạ mạnh ánh sáng và trở nên có màu trắng đục, không trong suốt. Trong cài đặt này, các bộ phận của bộ vi mạch vượt ra ngoài bộ điều nhiệt, quá trình loại bỏ nhiệt diễn ra mạnh mẽ qua chúng. Do đó, nhiệt độ trong ống thủy tinh không đồng nhất và chỉ có thể đạt được trạng thái tới hạn ở phần dưới của ống. Đây là những gì quan sát được trong thí nghiệm. Trong trường hợp này, phần trên của ống có thể quan sát được mặt phân cách giữa hai pha.

Trong quá trình vận hành, cần phải đo nhiệt độ tại đó bắt đầu có sự tán xạ ánh sáng mạnh của chất ở phần dưới của ống thủy tinh. Sau đó phải tắt các lò sưởi và đo nhiệt độ tại đó hiện tượng tán xạ này biến mất. Các phép đo như vậy được thực hiện nhiều lần và giá trị trung bình được lấy làm nhiệt độ tới hạn.

Bảng 1.

Theo kết quả đo nhiệt độ tới hạn. và sử dụng dữ liệu trong Bảng 1 cho áp suất tới hạn, tính các hằng số van der Waals và cho chất thử.

CÂU HỎI THỬ NGHIỆM

1) Tại sao các hằng số lại được đưa vào phương trình van der Waals?

2) So sánh hệ thống đường đẳng nhiệt thực và hệ thống đường đẳng nhiệt van der Waals.

3) Áp suất bão hòa thay đổi như thế nào theo nhiệt độ?

4) Kể về hai phương pháp tính công thức cho các tham số tới hạn.

5) Viết phương trình van der Waals rút gọn.

6) Hình thành luật của các trạng thái tương ứng.

VĂN CHƯƠNG.

1) A.K.Kikoin, I.K.Kikoin. Vật lý phân tử. Ed. "Science", 1976, trang 208-237.

2) D.V. Sivukhin. Khóa học vật lý đại cương. T.P., ấn bản "Khoa học", 1976, trang 371-399.

Sự giống nhau về tính chất của hơi và khí không no đã dẫn M. Faraday đến giả thiết: chất khí không phải là hơi không no của chất lỏng tương ứng? Nếu giả định là đúng, thì bạn có thể cố gắng làm cho chúng bão hòa và cô đặc lại. Thật vậy, nhiều khí đã bão hòa do nén, ngoại trừ sáu khí mà M. Faraday gọi là "vĩnh cửu": đó là nitơ, hydro, không khí, heli, oxy, carbon monoxide CO.

Để hiểu vấn đề ở đây là gì, chúng ta hãy nghiên cứu chi tiết hơn về quá trình nén (nở) đẳng nhiệt của hơi nước. Chúng ta đã thấy rằng đường đẳng nhiệt của khí thực khác với đường đẳng nhiệt của khí lý tưởng bởi sự có mặt của một mặt cắt ngang ứng với vùng tồn tại của hệ hai pha: hơi bão hòa và chất lỏng.

Nếu các thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn, thì có thể tìm thấy một kiểu chung cho tất cả các chất (Hình 1).

Đầu tiên, nhiệt độ càng cao thì thể tích khí bắt đầu ngưng tụ càng nhỏ: , nếu .

Thứ hai, nhiệt độ càng cao thì thể tích chiếm của chất lỏng sau khi hơi nước đã ngưng tụ càng lớn:

Do đó, chiều dài của đoạn thẳng của đường đẳng nhiệt giảm khi nhiệt độ tăng.

Điều này dễ giải thích: khi T tăng, áp suất của hơi bão hòa tăng nhanh, và để áp suất của hơi chưa bão hòa bằng áp suất của hơi bão hòa thì cần phải giảm thể tích. Sở dĩ thể tích tăng lên là do sự nở vì nhiệt của chất lỏng khi bị nung nóng. Vì thể tích giảm, tỷ trọng hơi tăng khi nhiệt độ tăng; thể tích tăng chứng tỏ khối lượng riêng của chất lỏng giảm. Điều này có nghĩa là sự khác biệt giữa chất lỏng và hơi bão hòa của nó được làm mịn trong quá trình đun nóng như vậy, và ở nhiệt độ đủ cao, nó sẽ biến mất hoàn toàn.

D. Mendeleev đã xác định rằng đối với mỗi chất lỏng phải có một nhiệt độ như vậy, nhiệt độ này đã được T. Andrews thiết lập đầu tiên trong thực nghiệm cho nhiều chất và được gọi là nhiệt độ tới hạn.

Đây là nhiệt độ tại đó tỷ trọng của chất lỏng và tỷ trọng của hơi bão hòa của nó trở nên giống nhau (Hình 2).

Trên đường đẳng nhiệt tại T = đoạn nằm ngang biến thành điểm uốn K.

Áp suất hơi bão hòa của một chất ở nhiệt độ tới hạn của nó được gọi là áp lực quan trọng. Nó là áp suất hơi bão hòa cao nhất có thể của một chất.

Thể tích bị chiếm bởi một chất tại và được gọi là khối lượng quan trọng. Đây là thể tích lớn nhất mà khối lượng sẵn có của một chất ở trạng thái lỏng có thể chiếm được.

Ở nhiệt độ tới hạn, sự khác biệt giữa chất khí và chất lỏng biến mất, và do đó nhiệt dung riêng của quá trình hóa hơi trở thành bằng không.

Tập hợp các điểm tương ứng với các cạnh của phần nằm ngang của các đường đẳng nhiệt (xem Hình 1) chỉ ra trong mặt phẳng p-V các vùng tồn tại của hệ hai pha và phân tách nó khỏi các vùng của trạng thái một pha của quan trọng. Đường biên của miền trạng thái hai pha ở phía có giá trị lớn của thể tích mô tả trạng thái hơi bão hòa đồng thời biểu diễn đường cong ngưng tụ(hơi nước bắt đầu ngưng tụ trong quá trình nén đẳng nhiệt). Đường cong biên ở phía của các thể tích nhỏ hơn là đường cong mà sự ngưng tụ kết thúc khi hơi bão hòa bị nén và sự bay hơi của chất lỏng bắt đầu trong quá trình giãn nở đẳng nhiệt. Họ gọi cô ấy đường cong bay hơi.

Sự tồn tại của nhiệt độ tới hạn của một chất giải thích tại sao ở nhiệt độ thường, một số chất có thể vừa ở thể lỏng vừa thể khí, trong khi những chất khác vẫn là chất khí.

Trên nhiệt độ tới hạn, không có chất lỏng nào được hình thành ngay cả ở áp suất rất cao.

Lý do là ở đây cường độ chuyển động nhiệt của các phân tử hóa ra rất cao nên ngay cả khi chúng được đóng gói tương đối dày đặc do áp suất cao gây ra, lực phân tử cũng không thể đảm bảo tạo ra trật tự tầm ngắn, thậm chí là tầm xa. .

Như vậy, rõ ràng không có sự khác biệt cơ bản giữa khí và hơi nước. Thông thường, chất khí là một chất ở trạng thái khí khi nhiệt độ của nó cao hơn nhiệt độ tới hạn. Hơi nước còn được gọi là một chất ở trạng thái khí, nhưng khi nhiệt độ của nó dưới mức tới hạn. Hơi có thể được chuyển thành chất lỏng chỉ bằng cách tăng áp suất, nhưng chất khí thì không.

Hiện tại, tất cả các chất khí đều đã chuyển sang trạng thái lỏng ở nhiệt độ rất thấp. Helium là lần cuối cùng được chuyển vào năm 1908 (= -269 ° C).

Trên hình. 123.1 hiển thị các đường đẳng nhiệt cho một số nhiệt độ. Qua hình vẽ có thể thấy rằng khi nhiệt độ tăng, tiết diện nằm ngang của đường đẳng nhiệt co lại, co lại đến một điểm ở nhiệt độ TKV, gọi là tới hạn. Tương ứng, sự khác biệt về thể tích cụ thể giảm, và do đó, về mật độ của chất lỏng và hơi bão hòa. Ở nhiệt độ tới hạn, sự khác biệt này biến mất hoàn toàn. Đồng thời, mọi sự phân biệt giữa chất lỏng và hơi sẽ biến mất. Sự phụ thuộc nhiệt độ của khối lượng riêng của chất lỏng và hơi bão hòa được thể hiện trong Hình. 123,2.

Điểm K, là giới hạn mà các đoạn ngang của đường đẳng nhiệt tiếp cận khi nhiệt độ có xu hướng đến một giá trị tới hạn, được gọi là điểm tới hạn. Trạng thái được biểu thị bằng dấu chấm được gọi là trạng thái tới hạn của vật chất. Thể tích, áp suất và nhiệt độ ứng với trạng thái tới hạn được gọi là các đại lượng tới hạn.

Đối với đường đẳng nhiệt tới hạn, điểm K đóng vai trò là điểm uốn. Tiếp tuyến của đường đẳng nhiệt tại điểm K song song với trục V.

Từ hình 123.1 theo đó áp suất của hơi bão hòa tăng theo nhiệt độ, đạt đến giá trị ở nhiệt độ tới hạn. Ở nhiệt độ trên nhiệt độ tới hạn, khái niệm hơi bão hòa mất ý nghĩa.

Do đó, đường cong phụ thuộc của hơi nước bão hòa vào nhiệt độ kết thúc tại điểm tới hạn (xem Hình 121.2).

Nếu bạn vẽ một đường thẳng qua các điểm cực trị của phần nằm ngang của đường đẳng nhiệt (Hình 123.1), bạn sẽ có một đường cong hình chuông giới hạn vùng của trạng thái hai pha của vật chất. Ở nhiệt độ trên tới hạn, chất ở bất kỳ áp suất nào cũng đồng nhất. Ở nhiệt độ như vậy, không có lực nén nào có thể tạo ra sự hóa lỏng của một chất.

Khái niệm nhiệt độ tới hạn được D. I. Mendeleev đưa ra lần đầu tiên vào năm 1860. Mendeleev gọi nó là nhiệt độ sôi tuyệt đối của chất lỏng và coi nó là nhiệt độ mà lực dính giữa các phân tử biến mất và chất lỏng chuyển thành hơi, bất kể áp suất và khối lượng mà nó chiếm.

Đường cong hình chuông và phần của đường đẳng nhiệt tới hạn ở bên trái của điểm chia biểu đồ (, V) thành ba vùng (Hình 123.3). Bóng xiên đánh dấu vùng của các trạng thái lỏng đồng nhất của vật chất. Bên dưới đường cong hình chuông là vùng của trạng thái hai pha, và cuối cùng, vùng ở bên phải của đường cong hình chuông và nhánh trên của đường đẳng nhiệt tới hạn là vùng của các trạng thái khí đồng nhất của vật chất. Trong trường hợp thứ hai, người ta có thể đặc biệt tách ra phần nằm dưới nhánh bên phải của đường đẳng nhiệt tới hạn, gọi nó là vùng hơi.

Bất kỳ trạng thái nào trong vùng này khác với các trạng thái khí khác ở chỗ, dưới sự nén đẳng nhiệt, chất ban đầu ở trạng thái đó trải qua một quá trình hóa lỏng. Một chất ở một trong các trạng thái ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn không thể bị hóa lỏng bằng bất kỳ lực nén nào. Việc chia nhỏ các trạng thái khí thành khí và hơi thường không được chấp nhận.

Bằng cách chọn quá trình chuyển tiếp sao cho nó không vượt qua vùng hai pha (Hình 123.4), có thể thực hiện quá trình chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí (hoặc ngược lại) mà không cần tách chất thành hai pha. . Trong trường hợp này, trong quá trình chuyển đổi, chất sẽ luôn giữ ở trạng thái đồng nhất.

Nếu thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn ( T 1 < T 2 < T 3 < T k< T 4), sau đó có thể phát hiện một mẫu chung cho tất cả các chất (Hình 1).

Đầu tiên, nhiệt độ càng cao thì thể tích khí bắt đầu ngưng tụ càng nhỏ: V 1 > V ' 1 > V '' 1 nếu T 1 < T 2 < T 3 .

Thứ hai, nhiệt độ càng cao thì thể tích chiếm của chất lỏng sau khi hơi nước đã ngưng tụ càng lớn:

V 2 < V ' 2 < V '' 2 .

Do đó, chiều dài của đoạn thẳng của đường đẳng nhiệt giảm khi nhiệt độ tăng.

Điều này rất dễ giải thích: với sự phát triển Τ Áp suất hơi bão hòa tăng nhanh, và để áp suất hơi chưa bão hòa bằng với áp suất hơi bão hòa thì cần giảm thể tích. Lý do tăng âm lượng V 2 - trong sự nở vì nhiệt của chất lỏng khi bị nung nóng. Kể từ khi khối lượng V 1 giảm, sau đó tỷ trọng hơi tăng khi nhiệt độ tăng; tăng âm lượng V 2 cho biết khối lượng riêng của chất lỏng giảm. Điều này có nghĩa là sự khác biệt giữa chất lỏng và hơi bão hòa của nó được làm mịn trong quá trình đun nóng như vậy, và ở nhiệt độ đủ cao, nó sẽ biến mất hoàn toàn.

Nhiệt độ nguy hiểm T cr là nhiệt độ tại đó khối lượng riêng của chất lỏng và khối lượng riêng của hơi bão hòa của nó trở nên giống nhau (Hình 2).

Trên đường đẳng nhiệt tại T = T kr mặt cắt ngang biến thành điểm uốn Đến.

Áp suất hơi bão hòa của một chất ở nhiệt độ tới hạn của nó được gọi là áp lực quan trọng P cr. Nó là áp suất hơi bão hòa cao nhất có thể của một chất.

Thể tích chiếm bởi một chất P kr và t cr, được gọi là khối lượng quan trọng m V cr. Đây là thể tích lớn nhất mà khối lượng sẵn có của một chất ở trạng thái lỏng có thể chiếm được.

Ở nhiệt độ tới hạn, sự khác biệt giữa chất khí và chất lỏng biến mất, và do đó nhiệt dung riêng của quá trình hóa hơi trở thành bằng không.

Tập hợp các điểm tương ứng với các cạnh của phần nằm ngang của các đường đẳng nhiệt (xem Hình 1) chọn trong mặt phẳng p-V vùng tồn tại của hệ hai pha và tách nó ra khỏi vùng của các trạng thái một pha của vật chất. Đường biên của miền trạng thái hai pha ở phía có giá trị lớn của thể tích mô tả trạng thái hơi bão hòa đồng thời biểu diễn đường cong ngưng tụ(hơi nước bắt đầu ngưng tụ trong quá trình nén đẳng nhiệt). Đường cong biên ở phía của các thể tích nhỏ hơn là đường cong mà sự ngưng tụ kết thúc khi hơi bão hòa bị nén và sự bay hơi của chất lỏng bắt đầu trong quá trình giãn nở đẳng nhiệt. Họ gọi cô ấy đường cong bay hơi.

Trên nhiệt độ tới hạn, không có chất lỏng nào được hình thành ngay cả ở áp suất rất cao.

Hiện tại, tất cả các chất khí đều đã chuyển sang trạng thái lỏng ở nhiệt độ rất thấp. Helium là lần cuối cùng được chuyển vào năm 1908 ( t cr = -269 ° C).

Văn chương

Aksenovich L. A. Vật lý ở trường trung học phổ thông: Lý thuyết. Nhiệm vụ. Kiểm tra: Proc. trợ cấp cho các tổ chức cung cấp chung. môi trường, giáo dục / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 176-178.

Không tìm thấy câu trả lời cho câu hỏi của bạn? Nhìn vào đây

Ege trong kết quả vật lý

Cách đăng ký dự thi cho các thí sinh tốt nghiệp các năm trước.

Cơ hội vào ngân sách là bao nhiêu: theo số điểm, theo trường đại học, theo chuyên ngành Chinh phục thành Rome. Cuộc chinh phục Ý của người La Mã. Cầu dẫn nước của Đế chế La Mã. Đường đời của Thành phố Đế Vương

Chinh phục thành Rome. Cuộc chinh phục Ý của người La Mã. Cầu dẫn nước của Đế chế La Mã. Đường đời của Thành phố Đế Vương Mới mẻ

Lợi ích cho học sinh và sinh viên
Trường hợp ăn cắp thông tin của cảnh sát
Học bổng, trợ cấp và phúc lợi sinh viên có thể nhận được là gì
Đối tượng được học bổng xã hội (cần những giấy tờ gì) Điều kiện nhận học bổng xã hội trong trường đại học
Thứ bảy đi bộ dọc theo sông Nara
skype bài học guitar điện skype bài học guitar điện

Các bài viết phổ biến

Hệ sinh thái xấu: nguyên nhân và sức khỏe con người Tình hình sinh thái xấu
Thư mời bằng tiếng Anh - phong cách cho những dịp khác nhau Viết thiệp mời bằng tiếng Anh
Những lời chúc mừng lễ Phục sinh hạnh phúc bằng Bưu thiếp hoạt hình Ý với Lễ Phục sinh Công giáo