Тройная точка воды трех фаз вещества, обычно твердой, жидкой и газообразной. ТРОЙНАЯ ТОЧКА - точка на термодинамической диаграмме состояния, соответствующая равновесию трех фаз рассматриваемой термодинамической системы.
Это обстоятельство вроде бы противоречит обыденным наблюдениям - лёд, вода и пар при температуре около 0 °C наблюдаются одновременно. Правило фаз Гиббса ограничивает число сосуществующих фаз - однокомпонентная система в равновесии не может иметь больше трёх фаз, - но не накладывает ограничений на их агрегатное состояние.
В случае монотропии появляется только метастабильная тройная точка. Для воды в 1975 г. были известны семь дополнительных тройных точек, из них три - для трёх твёрдых фаз. Современные данные см. в статье Фазовая диаграмма воды и на приведённой в этой статье диаграмме. Для описания двухкомпонентной системы к температуре и давлению добавляют третий параметр, характеризующий состав системы.
В общем случае тройные точки существуют на плоских диаграммах состояния систем с любым числом компонентов, если все параметры, определяющие состояние системы, кроме двух, фиксированы. Как видно из параметров тройной точки воды, при нормальных условиях равновесное сосуществование льда, водяного пара и жидкой воды невозможно. Но противоречия нет - наблюдаемые состояния далеки от термодинамически равновесных и реализуются на практике только из-за кинетических ограничений фазовых переходов.
Тройные точки (1 и 2) на диаграмме состояния в коор динатах Р- Т (давление — температура). При увеличении числа компонентов системы (раствора или сплава) увеличивается и число независимых параметров, характеризующих эту систему. Равновесие трёх фаз для такой системы будет изображаться точкой, если считать один из параметров (напр., Р)постоянным, т. е. рассматривать плоскую диаграмму равновесия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия. Точка О на диаграмме соответствует системе, в которой существуют три фазы (т, ж, п). В этом случае С= -3 + 2 = 0 (система инвариантна).
Хотя, если говорить людям без контекста, то лучше все-таки «в любом из состояний». Видели когда-нибудь в жару на свету поднимается такой невидимый пар, но оставляющий тень. Вот это он и есть. Как мираж в пустыне. Критическая температура — это когда стираются границы между жидким и газообразным состоянием, на графике в правом верхнем углу.В общем, фигню вы говорите.
Области фазовой диаграммы, ограниченные кривыми, соответствуют тем условиям (температурам и давлениям), при которых устойчива только одна фаза вещества. Кривые фазовой диаграммы соответствуют условиям, при которых какие-либо две фазы находятся в равновесии друг с другом. В случае воды повышение давления приводит к разрушению водородных связей, которые в кристалле льда связывают между собой молекулы воды, заставляя их образовывать громоздкую структуру.
Это означает, что при соответствующих температуре и давлении вода находится не в своем наиболее устойчивом (стабильном) состоянии. Явление, которое соответствует существованию воды в метастабильном состоянии, описываемом точками этой кривой, называется переохлаждением. На фазовой диаграмме имеются две точки, представляющие особый интерес. Другими словами, выше этой точки паровая и жидкая формы воды перестают быть различимыми.
В этой точке лед, жидкая вода и пары воды находятся в равновесии друг с другом. Соотношение между давлением (р), температурой (Т) и объемом (V) фазы можно представить трехмерной фазовой диаграммой.
Обычно удобнее работать с сечениями этой диаграммы плоскостью р — Т (при V=const) или плоскостью р -V (при T=const). Линия АС — эта кривая возгонки льда (иногда ее называют линией сублимации), отражающая зависимость давления водяного пара надо льдом от температуры. На основании принципа Ле Шателье можно предсказать, что повышение давления будет вызывать сдвиг равновесия в сторону образования жидкости, т.е. точка замерзания будет понижаться.
Эти три фазы образуют метастабильную систему, т.е. систему, находящуюся в состоянии относительной устойчивости. В случае диаграммы серы мы сталкиваемся с самопроизвольным взаимным превращением двух кристаллических модификаций, которые могут протекать в прямом и обратном направлении в зависимости от условий. Движение вдоль линий двухфазного равновесия на фазовой диаграмме (С=1) означает согласованное изменение давления и температуры, т.е. р=f(Т).
0 и, согласно уравнению Клапейрона, производная dp/dTПлотность воды — в = 1 г/см3, плотность льда — л = 1.091 г/см3, молекулярная масса воды — М = 18 г/моль. Это связано с тем, что беспорядок (мерой которого является энтропия) возрастает при переходе от твердого к жидкому состоянию не столь сильно, как при переходе в газообразное состояние. Подводя итог, можем сказать, что в природе существует некоторое соотношение температуры, и давления при котором вещество может существовать одновременно в трех состояниях.
ТРОЙНАЯ ТОЧКА - состояние равновесного сосуществования. Тройная точка - Типичные виды фазовых диаграмм. Для СО2, напр., Tт=216,6К, рт=5,16 105 Н/м2, для Т. т. воды - осн. реперной точки абс. термодинамич. Ведь в колбе воды при температуре и давлении тройной точки может оказаться вода одновременно во всех состояниях. Тройная точка воды характеризуется определенным набором параметров давления и температуры, поэтому может иногда использоваться как «реперная» - то есть опорная, например, для калибровки приборов.
Как видно из параметров тройной точки воды, при нормальных условиях равновесное сосуществование льда, водяного пара и жидкой воды невозможно. Это обстоятельство вроде бы противоречит обыденным наблюдениям - лёд, вода и пар часто наблюдаются одновременно. Но противоречия нет - наблюдаемые состояния далеки от термодинамически равновесных и реализуются на практике только из-за кинетических ограничений фазовых переходов. Тройная точка воды характеризуется определенным набором параметров давления и температуры, поэтому может иногда использоваться как «реперная» - то есть опорная, например, для калибровки приборов.
Wikimedia Foundation . 2010 .
тройная точка воды - (для элемента, представляющего собой разновидность сосуда Дьюара) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN triple point of waterTPW … Справочник технического переводчика
Тройная точка - воды; p давление; t температура. ТРОЙНАЯ ТОЧКА, состояние равновесного сосуществования трех фаз вещества, обычно твердой, жидкой и газообразной. Температура тройной точки воды (точки сосуществования льда, воды и пара) 0,01°C (273,16 К) при… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Состояние равновесного сосуществования. Тройная точка воды трех фаз вещества, обычно твердой, жидкой и газообразной. Температура тройной точки воды (точки сосуществования льда, воды и пара, рис.) равна 0,01 .С (273,16 К) при давлении 6,1 гПа… … Большой Энциклопедический словарь
Тройная точка - точка на термодинамической диаграмме состояния, соответствующая равновесию трех фаз рассматриваемой термодинамической системы. Например, тройная точка воды соответствует равновесию системы, состоящей из льда, воды и водяного пара. Температуpa… …
ТРОЙНАЯ ТОЧКА - точка на термодинамической диаграмме состояния, соответствующая равновесию трех фаз рассматриваемой термодинамической системы. Например, тройная точка воды соответствует равновесию системы, состоящей из льда, воды и водяного пара. Темпеpaтура… … Металлургический словарь
Состояние равновесного сосуществования трёх фаз вещества, обычно твёрдой, жидкой и газообразной. Температура тройной точки воды (точки сосуществования льда, воды и пара, рис.) равна 0,01°C (273,16 К) при давлении 6,1 гПа (4,58 мм рт. ст.). * * * … Энциклопедический словарь
Типичные виды фазовых диаграмм. Зелёная линия из точек показывает аномальное поведение воды Тройная точка точка на фазовой диаграмме, где сходятся три линии фазовых … Википедия
тройная точка - точка на диаграммы состояния, соответствующая сосуществованию трех фаз вещества. Из правила фаз следует, что у химически индивидуального вещества (однокомпонентная система) при равновесии не может быть больше трех фаз. Эти три… … Энциклопедический словарь по металлургии
В термодинамике, точка на диаграмме состояния, соответствующая равновесному сосуществованию трёх фаз в ва. Из Гиббса правила фаз следует, что химически индивидуальное в во (однокомпонентная система) в равновесии не может иметь больше трёх фаз.… … Физическая энциклопедия
ТРОЙНАЯ ТОЧКА, температура и давление, при которых все три состояния вещества (твердое, жидкое, газообразное) могут существовать одновременно. Для воды тройная точка находится при температуре 273,16 К и давлении 610 Ра … Научно-технический энциклопедический словарь
Итак, имеются условия, при которых пар, жидкость и кристалл могут попарно существовать в равновесии. Могут ли находиться в равновесии все три состояния? Такая точка на диаграмме давление - температура существует, ее называют тройной. Где она находится?
Если поместить в закрытый сосуд при нуле градусов воду с плавающим льдом, то в свободное пространство начнут поступать водяные (и "ледяные") пары. При давлении паров 4,6 мм рт. ст. испарение прекратится, и начнется насыщение. Теперь три фазы - лед, вода и пар - будут в состоянии равновесия. Это и есть тройная точка.
Соотношения между различными состояниями наглядно и отчетливо показывает диаграмма для воды, изображенная на рис. 4.11.
Такую диаграмму можно построить для любого тела.
Кривые на рисунке нам знакомы - это кривые равновесия между льдом и паром, льдом и водой, водой и паром. По вертикали, как обычно, откладывается давление, по горизонтали - температура.
Три кривые пересекаются в тройной точке и делят диаграмму на три области - жизненные пространства льда, воды и водяного пара.
Диаграмма состояния - это сжатый справочник. Ее цель - дать ответ на вопрос, какое состояние тела устойчиво при таком-то давлении и такой-то температуре.
Если в условия "левой области" поместить воду или пар, то они станут льдом. Если в "нижнюю область" внести жидкость или твердое тело, то получится пар. В "правой области" пар будет конденсироваться, а лед плавиться.
Диаграмма существования фаз позволяет сразу же ответить, что произойдет с веществом при нагревании или при сжатии. Нагревание при неизменном давлении изобразится на диаграмме горизонтальной линией. Вдоль этой линии слева направо движется точка, изображающая состояние тела.
На рисунке изображены две такие линии, одна из них - это нагревание при нормальном давлении. Линия лежит выше тройной точки. Поэтому она пересечет сначала кривую плавления, а затем, за пределами чертежа, и кривую испарения. Лед при нормальном давлении расплавится при температуре 0°С, а образовавшаяся вода закипит при 100°С.
Иначе будет обстоять дело для льда, нагреваемого при очень небольшом давлении, скажем, чуть ниже 5 мм рт. ст. Процесс нагревания изобразится линией, идущей ниже тройной точки. Кривые плавления и кипения не пересекаются этой линией. При таком незначительном давлении нагревание приведет к непосредственному переходу льда в пар.
На рис. 4.12 эта же диаграмма показывает, какое интересное явление произойдет при сжатии водяного пара в состоянии, помеченном на рисунке крестиком. Сначала пар превратится в лед, а затем расплавится. Рисунок позволяет тут же сказать, при каком давлении начнется рост кристалла и когда произойдет плавление.
Диаграммы состояния всех веществ похожи одна на другую. Большие, с житейской точки зрения, различия возникают из-за того, что место нахождения тройной точки на диаграмме может быть у разных веществ самым различным.
Ведь мы существуем вблизи "нормальных условий", т. е. прежде всего при давлении, близком к одной атмосфере. Как расположена тройная точка вещества по отношению к линии нормального давления - для нас очень существенно.
Если давление в тройной точке меньше атмосферного, то для нас, живущих в "нормальных" условиях, вещество относится к плавящимся. При повышении температуры оно сначала превращается в жидкость, а потом закипает.
В обратном случае - когда давление в тройной точке выше атмосферного - мы при нагревании не увидим жидкости, твердое вещество будет прямо превращаться в пар. Так ведет себя "сухой лед", что очень удобно для продавцов мороженого. Брикеты мороженого можно перекладывать кусками "сухого льда" и не бояться при этом, что мороженое станет мокрым. "Сухой лед" - это твердый углекислый газ С0 2 . Тройная точка этого вещества лежит при 73 атм. Поэтому при нагревании твердого СО 2 точка, изображающая его состояние, движется по горизонтали, пересекающей только лишь кривую испарения твердого тела (так же, как и для обычного льда при давлении около 5 мм рт. ст.).
Мы уже рассказали читателю, каким образом определяется один градус температуры по шкале Кельвина, или, как требует сейчас говорить система СИ,- один кельвин. Однако речь шла о принципе определения температуры. Не все институты метрологии обладают идеальными газовыми термометрами. Поэтому шкалу температуры строят с помощью фиксированных природой точек равновесия между разными состояниями вещества.
Особую роль при этом играет тройная точка воды. Градус Кельвина определяют сейчас как 273,16-ю часть термодинамической температуры тройной точки воды. Тройная точка кислорода принята равной 54,361 К. Температура затвердевания золота положена равной 1337,58 К. Пользуясь этими реперными точками, можно точно отградуировать любой термометр.
Метод сравнения, то-есть измерения ряда величин расходов, которые воспроизводятся в образцовых установках расходометрии, находящихся в ЛО ВНИИМ (Ломоносовское отд. ВНИИ Метрологии им. Д.И. Менделеева), Наибольшая разность между результатами измерения и известными значениями расхода, является основной погрешностью измерительного канала.
Метод сличения поверяемого измерительного канала и образцового прибора расходометрии при измерении одних и тех же величин расхода. Разность их показаний при измерении расходов определяет погрешность поверяемого канала.
1. Термопары, характеристики пар материалов, пленочные термопары, в том числе, в исполнении микрокремниевой технологии.
2. Термометры сопротивления, материалы, типы исполнения, номиналы, электрические схемы включения.
3. Термисторы, материалы, параметры, номиналы, конструктивные исполнения.
4. Калибровка (аттестация) и поверка температурных СИ.
5. Другие преобразователи температуры:
- Оптоволоконные ПТ,
Пирометры,
Тепловизоры.
1. МПТШ – 90. Шкала Кельвина и шкала Цельсия. Ноль по С соответствует – тройной точке воды 00 С → 273,160 К.
Кроме того, имеются реперные точки температуры:
Галлий с температурой плавления Олово с температурой плавления -
Точки затвердевания индия (156,5985 °С), цинка (419,527 °С), алюминия (660,323 °С), серебра (961,78 °С)
Реперные точки - точки, на которых основывается шкала измерений.
На реперных точках построена Международная практическая температурная шкала. Реперные точки на шкале Цельсия - температура замерзания (0°С) и кипения воды (100°С) на уровне моря.
Тройнаея т чкаое вод -ыестрого определенные значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в виде трёх фаз - в твердом, жидком и газообразном состояниях. Тройная точка воды - температура 273,16 К и давление 611,657 Па.
Тройная точка воды – самая простая в реализации реперная точка. Для ее хранения и воспроизведения может использоваться термостат или сосуд Дьюара, наполненный смесью дробленого льда и воды. Разработаны также специальные термостаты для хранения сосудов тройных точек воды и поддержания их в рабочем состоянии длительное время.
Особенности реализации с наивысшей точностью: Начинать измерения рекомендуется через сутки после приготовления ледяной
мантии. Необходимо устранить попадание света от внешних источников на сосуд и термометр (во избежании подвода тепла излучением). Для этого рекомендуется закрыть термометр плотной тканью. Глубина погружения зависит от типа термометра. Для эталонных платиновых термометров диаметром 5-7 мм она составляет не менее 15 см.
Как видно из параметров тройной точки воды, при нормальных условиях равновесное сосуществование льда, водяного пара и жидкой воды невозможно. Это обстоятельство вроде бы противоречит обыденным наблюдениям - лёд, вода и пар часто наблюдаются одновременно. Но противоречия нет - наблюдаемые состояния далеки от термодинамически равновесных и реализуются на практике только из-за кинетических ограничений фазовых переходов. Тройная точка воды характеризуется определенным набором параметров давления и температуры, поэтому может иногда использоваться как «реперная» - то есть опорная, например, для калибровки приборов.
термо1 2
α – коэффициент Зеебека или удельная термоэдс.
Материал | (мкВ/ 0 С) | Материал | (мкВ/ 0 С) | ||
мкВ 0 | |||||
Молибден | |||||
Палладий | |||||
Вольфрам | |||||
Если система является однокомпонентной, т. е. состоящей из химически однородного вещества или его соединения, то понятие фазы совпадает с понятием агрегатного состояния. Согласно § 60, одно и то же вещество в зависимости от соотношения между удвоенной средней энергией, приходящейся на одну степень свободы хаотического теплового движения молекул, и наименьшей потенциальной энергией взаимодействия молекул может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном. Это соотношение, в свою очередь, определяется внешними условиями - температурой и давлением. Следовательно, фазовые превращения также определяются изменениями температуры и давления. Для наглядного изображения фазовых превращений используется диаграмма состояния (рис. 115), на которой в координатах р, Т задается зависимость между температурой фазового перехода и давлением в виде кривых испарения (КИ), плавления (КП) и сублимации (КС), разделяющих поле диаграммы на три области, соответствующие условиям существования твердой (ТТ), жидкой (Ж) и газообразной (Г) фаз. Кривые на диаграмме называются кривыми фазового равновесия, каждая точка на них соответ-
ствует условиям равновесия двух сосуществующих фаз: КП - твердого тела и жидкости, КИ - жидкости и газа, КС - твердого тела и газа.
Точка, в которой пересекаются эти кривые и которая, следовательно, определяет условия (температуру T тр и соответствующее ей равновесное давление р тр) одновременного равновесного сосуществования трех фаз вещества, называется тройной точкой. Каждое вещество имеет только одну тройную точку. Тройная точка воды характеризуется температурой 273,16 К (по шкале Цельсия ей соответствует температура 0,01 °С) и является основной реперной точкой для построения термодинамической температурной шкалы.
Термодинамика дает метод расчета кривой равновесия двух фаз одного и того же вещества. Согласно уравнению Клапейрона - Клаузиуса, производная от равновесного давления по температуре
где L - теплота фазового перехода, (V 2 -V 1) -изменение объема вещества при переходе его из первой фазы во вторую, Т - температура перехода (процесс изотермический).
Уравнение Клапейрона - Клаузиуса позволяет определить наклоны кривых равновесия. Поскольку L и Т положительны, наклон задается знаком V 2 -V 1 . При испарении жидкостей и сублимации твердых тел объем вещества всегда возрастает, поэтому, согласно (76.1), dp /dT >0; следовательно, в этих процессах повышение температуры приводит к увеличению давления, и наоборот. При плавлении большинства веществ объем, как правило, возрастает, т. е. dp /dT >0; следовательно, увеличение давления приводит к повышению температуры плавления (сплошная КП на рис. 115). Для некоторых же веществ (H 2 O, Ge, чугун и др.) объем жидкой фазы меньше объема твердой фазы, т. е. dp /dT <0; следовательно, увеличение давления сопровождается понижением температуры плавления (штриховая линия на рис. 115).
Диаграмма состояния, строящаяся на
основе экспериментальных данных, позволяет судить, в каком состоянии находится данное вещество при определенных р и Т, а также какие фазовые переходы будут происходить при том или ином процессе. Например, при условиях, соответствующих точке 1 (рис. 116), вещество находится в твердом состоянии, точке 2 - в газообразном, а точке 3 - одновременно в жидком и газообразном состояниях. Допустим, что вещество в твердом состоянии, соответствующем точке 4, подвергается изобарному нагреванию, изображенному на диаграмме состояния горизонтальной штриховой прямой 4- 5-6. Из рисунка видно, что при температуре, соответствующей точке 5, вещество плавится, при более высокой температуре, соответствующей точке 6 ,- начинает превращаться в газ. Если же вещество находится в твердом состоянии, соответствующем точке 7, то при изобарном нагревании (штриховая прямая 7-8) кристалл превращается в газ минуя жидкую фазу. Если вещество находится в состоянии, соответствующем точке 9, то при изотермическом сжатии (штриховая прямая 9-10) оно пройдет следующие три состояния: газ - жидкость - кристаллическое состояние.
На диаграмме состояний (см. рис. 115 и 116) видно, что кривая испарения заканчивается в критической точке К. Поэтому возможен непрерывный переход вещества из жидкого состояния в газообразное и обратно в обход критической точки, без пересечения кривой испарения (переход 11 -12 на рис. 116), т. е. такой переход, который не сопровождается фазовыми превращениями. Это возможно благодаря тому, что различие между газом и жидкостью является чисто количествен-
ным (оба эти состояния, например, являются изотропными). Переход же кристаллического состояния (характеризуется анизотропией) в жидкое или газообразное может быть только скачкообразным (в результате фазового перехода), поэтому
кривые плавления и сублимации не могут обрываться, как это имеет место для кривой испарения в критической точке. Кривая плавления уходит в бесконечность, а кривая сублимации идет в точку, где р = 0 и Т= 0.
Контрольные вопросы
Чем отличаются реальные газы от идеальных? Каков смысл поправок при выводе уравнения Ван-дер-Ваальса?
Почему перегретая жидкость и пересыщенный пар являются метастабильными состояниями? При адиабатическом расширении газа в вакуум его внутренняя энергия не меняется. Как изменится температура, если газ идеальный? реальный?
Каковы суть и причины эффекта Джоуля - Томсона? Когда его называют положительным? отрицательным?
Почему у всех веществ поверхностное натяжение уменьшается с температурой? Что представляют собой поверхностно-активные вещества? При каком условии жидкость смачивает твердое тело? не смачивает? От чего зависит высота поднятия смачивающей жидкости в капилляре? Чем отличаются монокристаллы от поликристаллов? Как можно классифицировать кристаллы?
Как получить закон Дюлонга и Пти исходя из классической теории теплоемкости? Некоторое количество твердого вещества смешано с тем же веществом в жидком состоянии. Почему при некотором нагреве этой смеси ее температура не поднимается? Чем отличается фазовый переход I рода от фазового перехода II рола?
Задачи
10.1. Углекислый газ массой m=1 кг находится при температуре 290 К в сосуде вместимостью 20 л. Определить давление газа, если: 1) газ реальный; 2) газ идеальный. Объяснить различие в результатах. Поправки а и b принять равными соответственно 0,365 Н м 4 /моль 2 и 4,3 10 -5 м 3 /моль. [ 1) 2,44 МПа; 2) 2,76 МПа ]
10.2. Кислород, содержащий количество вещества v = 2 моль, занимает объем V 1 = 1 л. Определить изменение T температуры кислорода, если он адиабатически расширяется в вакуум до объема V 2 =10 л. Поправку а принять равной 0,136 Н м 4 /моль 2 . [-11,8 К |
10.3. Показать, что эффект Джоуля - Томсона всегда отрицателен, если дросселируется газ, для которого силами притяжения молекул можно пренебречь.
10.4. Считая процесс образования мыльного пузыря изотермическим, определить работу А, которую надо совершить, чтобы увеличить его диаметр от d 1 =2 см до d 2 =6 см. Поверхностное натяжение о мыльного раствора принять равным 40 мН/м.
10.7. Для нагревания металлического шарика массой 25 г от 10 до 30 °С затратили количество теплоты, равное 117 Дж. Определить теплоемкость шарика из закона Дюлонга и Пти и материал шарика. [М107 кг/моль; серебро]
*П. Лаплас (1749 -1827) -вранцузский ученый.
* К. Линде (1842-1934) -немецкий физик и инженер.
