Движение. Теплота Китайгородский Александр Исаакович
Тройная точка
Итак, имеются условия, при которых пар, жидкость и кристалл могут попарно существовать в равновесии.
Могут ли находиться в равновесии все 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 4,6 мм Нg 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. 103.
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 °C, а образовавшаяся вода закипит при 100 °C.
Иначе будет обстоять дело для льда, нагреваемого при очень небольшом давлении, скажем, чуть ниже 5 мм Hg.
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. 104 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 CO 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 Нg).
Из книги Занимательно о космогонии автора Томилин Анатолий НиколаевичТочка опоры «Дайте мне точку опоры, и я переверну мир!» Кто это хвастался? Вы, конечно, знаете - Архимед. Мир он не перевернул, но мысль была правильной. Во всяком революционном перевороте нужна надежная основа, на которую можно с уверенностью опереться. Так и философам
Из книги Движение. Теплота автора Китайгородский Александр ИсааковичТочка зрения звездного наблюдателя Мы решили изучать движение с точки зрения инерциальных систем. Не придется ли тогда отказаться от услуг земного наблюдателя? Ведь Земля вращается вокруг оси и вокруг Солнца, как доказал Коперник. Сейчас читателю, может быть, трудно
Из книги Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей автора Дмитриев Александр Станиславович90 Точка концентрации напряжений, или Как остановить трещину на стекле Для опыта нам потребуются: две длинные палки. Ну, раз уж начали про стекло, давайте подумаем над занятным вопросом. Часто бывает, что по стеклу начинает бежать трещина. Чаще всего это заметно на лобовых
Из книги Новый ум короля [О компьютерах, мышлении и законах физики] автора Пенроуз Роджер Из книги Фарадей. Электромагнитная индукция [Наука высокого напряжения] автора Кастильо Сержио РарраМЕРТВАЯ ТОЧКА Казалось, что Фарадею предназначено судьбой стать революционером в области электромагнетизма. Ему даже удалось избавиться от ограничений брака и полностью посвятить себя науке, но на пути ученого возникло новое препятствие. Разочарование пришло со
Из книги Интерстеллар: наука за кадром автора Торн Кип СтивенТочка – линия – квадрат – куб – тессеракт Обычный тессеракт – это гиперкуб, куб в четырех измерениях. С помощью рис. 29.1 и 29.2 я по шагам объясню, что это значит. Если мы возьмем точку (рис. 29.1 сверху) и будем двигать ее в одном измерении, мы получим линию (точнее
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.
Cтраница 1
Температура тройной точки воды используется как реперная температура термодинамической шкалы Кельвина.
Температура тройной точки воды по этой шкале принимается равной 0 01 С. Так как численные значения температуры по обеим шкалам (термодинамической и практической) в пределах обычной точности измерения совпадают, то обозначения применяемой шкалы рекомендуется указывать лишь в тех случаях, когда это существенно. В экспериментальных работах все определения температуры производят обычно, пользуясь практической (стоградусной) шкалой.
Температура тройной точки воды по этой шкале принимается равной 0 01 С. Так так численные значения температуры по обеим шкалам (термодинамической и практической), в пределах обычной точности измерения совпадают, то обозначения применяемой шкалы рекомендуется указывать лишь в тех случаях, когда это существенно. В экспериментальных работах все определения температуры производят обычно, пользуясь практической (стоградусной) шкалой.
Температура тройной точки воды по этой шкале принимается равной 4 - 0 01 С. Так как численные значения температуры по обеим шкалам (термодинамической и практической) в пределах обычной точности измерения совпадают, то обозначения применяемой шкалы рекомендуется указывать лишь в тех случаях, когда это существенно. В экспериментальных работах псе определения температуры производят обычно, пользуясь практической (стоградусной) шкалой.
Температура тройной точки воды используется как репер пая температура термодинамической шкалы Кельвина. Допустим, что идеальное рабочее тело, совершая идеальный цикл Карно, получает теплоту (1 при температуре 7 и отдает теплоту 22 при температуре Тг. С / Фз - Для того чтобы построить температурную шкалу, необходимо придать 7 и Г2 определенные (реперные) значения. В качестве таких реперных температур можно взять температуры кипения воды и таяния льда при нормальных условиях, приняв их разность за 100 С.
Температура тройной точки воды по этой шкале принимается равной 0 01 С. Так так численные значения температуры по обеим шкалам (термодинамической и практической) в пределах обычной точности измерения совпадают, го обозначения применяемой шкалы рекомендуется указывать лишь в тех случаях, когда это существенно. В экспериментальных работах все определения температуры производят обычно, пользуясь практической (стоградусной) шкалой.
Температура тройной точки воды по шкале Цельсия равна 0 01 С.
Температура тройной точки воды (точки равновесия трех фаз воды - твердой, жидкой и парообразной) равна 0 01 С, или 273 16 К.
Температуру тройной точки воды удается поддерживать со стандартным отклонением 0 2 мК, чем и определяется стандартное отклонение воспроизведения кельвина, составляющее примерно 10 3 К. Трудности возникают тогда, когда появляется необходимость измерить температуру, отличающуюся от 273 16 К.
Температуру тройной точки воды удается поддерживать со стандартным отклонением 0 2 мК, чем и определяется стандартное отклонение воспроизведения кельвина, составляющее примерно 1 (Г3 К. Трудности возникают тогда, когда появляется необходимость измерить температуру, отличающуюся от 273 16 К.
Температуру тройной точки воды нетрудно вычислить, если предположить, что давление и растворенный в воде воздух влияют на нее независимо друг от друга.
Температуре тройной точки воды 273 16 К соответствует 0 01 G; следовательно, 273 15 К - это температурный промежуток, на который смещено начало отсчета.
Температурой тройной точки воды называют температуру сосуществования жидкой воды, льда и насыщенного водяного пара при отсутствии других газов.
Поскольку температура тройной точки воды, равная 273 16 К, соответствует температуре 0 01 С, смещение начала отсчета составляет 273 15 град.
Значение температуры тройной точки воды выбрано таким, чтобы интервал между точками таяния льда и кипения воды по термодинамической шкале был равен 100 град, как и по Международной практической шкале; иными словами, чтобы единица для измерений температурных промежутков-градус (град ] была для обеих шкал одинакова.
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.
