edgeways.ru
|
|
Тройная точка Пользователь: Эдуард (IP-адрес скрыт) Дата: 13, June, 2016 01:41 Я решил вынести эту тему отдельно, поскольку это того стоит.
Из курсов термодинамики мы помним, что вещества могут находиться в трех основных агрегатных состояниях: 1. Твердое тело 2. Жидкость 3. Газ Определения следующие: Твердые тела сохраняют объем и фому Жидкости только объем Газы не сохраняют объем, а заполняют собой все свободное пространство Объяснения такого поведения веществ следующие. Каждая молекула вещества вследствие движения обладает кинетической энергией. Причем, как выяснилось, кинетическую энергию можно описать некой величиной, называемой температурой. Оказывается, что молекулы различных веществ с одинаковой средней кинетичесой энергией при контакте сохраняют эту энергию и таким образам возможно тепловое равновесие даже различных веществ. На этом зиждется вся термодинамика. Так вот, в твердом агрегатонм состоянии молекулы имеют некую кинетическую энергию, но ее недостаточно не то что оторваться дрег от дрега, но даже изменить относительное положение молекул. Вещества с достаточно простыми молекулами при низких температурах образуют достаточно жесткие кристаллические решетки, и молекулы просто колеблются (осциллируют) относительно некоего равновесного положения. При уведичении температуры кинетическая энергия молекул возрастает, и в какой то момент превосходить потенциальную энергию отрыва от соседей. Вещество имеет возможность начать испаряться. Превращаться в газ. Но тут то и возникает интересное явление, которое из повседневной жизни кажется нам вполне естественным. Вещество, вместо того , чтобы сразу испариться, переходит в некое промежуточное состояние - жидкость. То есть молекулы уюе имеют достаточно кинетической энергии, чтобы разорвать поленциальные узы, но что-то им мешает полностью оторваться от соседей. И что же им мешает? Оказывается, дело тут не в каких-то внутренних свойствах вещества, а в окружающих условиях. Оказывается, жидкое состояние - это совсем не обязательная фаза, а очень сильно зависит от окружающего нагреваемое тело газа. Те кто еще школьную физику, должны и помнить, что жидкая фаза возможно только при наличии ненулевого давления вокруг вещества. Грубо говоря, нежен газ вокруг с "достаточно большим" давлением. Иначе, в отсутствие такого давления абсолюто все вещества сразу переходят из твердого состояния в газообразное. Для каждого вещества есть свое критическое давление и критическая температура, при которах вещество может находиться сразу во всех трех состояниях. Эта точка называется тройной точкой и уникальна для каждого конкретного вещества. Если давление газов ниже такого критического, Жидкая фаза невозможна. Например для воды тройная точка характеризуется температурой +0.01C и достаточно низким давлением 611pa. Такие условия можно получить только в лаборатории. [ru.m.wikipedia.org] Наоборот, для углекислого газа CO или СО2 критическое давление существенно выше одной атмосферы и в обычнах условиях сухой лед (углекислота) сразу испаряется без жидкой фазы. Все это описывается в учебниках без каких либо хотя бы качественных попыток объяснить сие явление. Я попытаюсь объяснить это здесь как сам понимаю. Итак, при нагревании твердого тела некоторые молекулы на поверхности приобретают достаточно кинетическое энергии, чтобы оторваться от соседей, но при отрыве, они теряют бОльшую часть этой энергии преврящаясь в "медленный газ". Если бы снаружи не было вообще газа, например действие происходит в вакуумной установке, эти медленный молекулы беспрепятственно улетели бы от поверхности. Но если вокруг есть газ с температурой примерно такой, как температура твердого вещества и его концентрация достаточно большая, то те немногие медленные молекулы, которые оторвалиь от соседей, тут же сталкиваются с быстрыми молекулами газа и "заталкиваются" обратно. Таким образом энергии у них остается достаточно, чтобы не оставаться на месте внутри вещества, но внешнее давление принуждает их "сохранять объем". Данное толкование например может объяснить, почему в открытом космосе, где нет никакого внешнего давления, вещества не могут находиться в жидком агрегатном состоянии. Как только молекула такого вещества получит достаточно энергии для отрыва, она улетит и не вернется. |