Исследуя поведение различных жидкостей при нагревании, было установлено, что жидкости в закрытых стеклянных трубках при определенных температурах практически теряли сопротивление движению кварцевого шарика, помещенного в жидкость. Оказалось, что это свойство жидкостей наступает тогда, когда исчезает граница раздела между насыщенным паром и жидкостью. Температуру, при которой наблюдется это явление Д. И. Менделеев назвал температурой абсолютного кипения.
Критические параметры вещества
Т. Эндрюс для определения критических параметров вещества пользовался методом построения изотерм при различных температурах.
Как критическая принималась та температура, при которой горизонтальные участки экспериментальных изотерм соединяются в точку, или иначе, горизонтальный участок изотермы, переходящий в точку её перегиба.
Этот метод был достаточно громоздким и трудоемким. Большее распространение получил метод исчезновения мениска. Этот метод был разработан в выдающимся физиком-экспериментатором Μ. П. Авенариусом.
Он заключается в том, что стеклянную ампулу заполняют определенной массой жидкости при одновременном откачивании воздуха и запаивают. Затем запаянную ампулу помещают в воздушный термостат и постепенно нагревают. С повышением температуры плотность жидкости уменьшается, а плотность пара над ней увеличиваются. С приближением температуры к критической мениск становится плоским, а затем при исчезает.
При последующем уменьшении температуры сначала видно конвекционные течения, а затем в ампуле появляется помутнение и мениск. Момент помутнение и соответствует .
Таким образом в данном опыте критическая температура представляла собой граничную температуру исчезновения мениска или температуру его возникновения. При этом плотности жидкости и пара становятся одинаковыми.
У критического состояния вещество имеет мутно-белую окраску из-за значительного рассеяния света в неоднородной среде. Это явление называют критической опалесценцией.
Дифференциальный денсиметр
Особые трудности возникают при определении непрозрачных (очень окрашенных) жидкостей или жидкостей, которые разъедают стекло. Для таких случаев А. И. Надеждин предложил оригинальный способ на основе изобретенного им прибора – дифференциального денсиметра.
Основной частью прибора является наполненая исследуемой жидкостью (наполовину или чуть меньше) стеклянная или металлическая трубка, которая является коромыслом чувствительных весов. Когда в одной части трубки концентрировалась жидкость, а в другой насыщенный пар, трубка находилась в наклонном положении. Для опыта трубку помещали в воздушный термостат и нагревали. При достижении трубка занимала горизонтальное положение.
Данные, которые получил Надеждин, близкие к современным. Так, для воды он получил = 647,2 К, а по современным данным для воды = 647,15 К.
Значение критического состояния
Критическая изотерма и бинодали на -диаграмме устанавливают области существования жидкого и газообразного состояний, а также область динамично равновесного состояния жидкость – насыщенный пар.
После открытия критического состояния появилась возможность прогнозировать исследования по сжижению любых газов.
В окрестности критической точки наблюдается резкое изменение термодинамических свойств вещества. Незначительное изменение давления на изотермах, близких к критической, приводит к значительному изменению объема. Такие же изменения наблюдаются для энтропии и энтальпии.
При приближении к критической точке изобарная теплоемкость и сжимаемость направляются до бесконечности.
На Студворк вы можете заказать статью по физике онлайн у профильных экспертов!
Комментарии