2017-11-01
1349
При підвищенні температури речовини одночасно із збільшенням тиску насиченої пари збільшується і її густина. Густина рідини, що перебуває в рівновазі із своєю парою, навпаки, зменшується внаслідок розширення рідини під час нагрівання.
Якщо на одному малюнку накреслити криві залежності густини рідини і її пари від температури, то для рідини крива піде вниз, а для пари – вгору.
ρ, кг/м3 Рідина
 |
Насичена пара
0 Тк Т, К
При деякій температурі, яку називають критичною, обидві криві збігаються, тобто густина рідини дорівнює густині пари.
Стан речовини, за якого зникає відмінність між фізичними властивостями її рідини і пари, називають критичним станом. Температуру, при якій пару і рідину не можна розрізнити називають критичною.
При критичній температурі густина і тиск насиченої пари стають максимальними, а густина рідини, що перебуває в рівновазі з парою – мінімальною. Можна сказати, що за критичної температури спостерігається не два стани речовини – газоподібний і рідкий, а один. Під час дальшого нагрівання речовина залишається газом за будь-якого тиску, і розділити її на пару і рідину за допомогою стискання неможливо, тобто за критичної температури газ не можна перетворити в рідину ні при яких тисках. У цьому полягає особливе значення критичної температури.
|
|
|
Тиск насиченої пари речовини за її критичної температури називають критичним. Він є найбільшим із можливих значень тиску насиченої пари цієї речовини.
Об’єм, що його займає речовина у критичному стані, називають критичним об’ємом. Він відповідає найбільшому значенню об’єму, який може займати дана маса речовини у рідкому стані.
Зрідження газів
Подібність газів до ненасиченої пари рідин і підпорядкованість тим самим законам привело до думки про можливість перетворення газів у рідину (за аналогією з конденсацією пари). У 1799 р. перший газ (аміак) було переведено у рідкий стан. Особливий внесок в одержання зріджених газів зробив англійський фізик М. Фарадей, який перетворив газ у рідину в результаті одночасного охолодження і стискання. Фарадею вдалося дістати в рідкому стані всі відомі на той час гази, за винятком азоту, кисню, метану, оксиду нітрогену і оксиду карбону.
До встановлення існування критичної температури були спроби зріджувати й ці гази, збільшуючи тиск. Після відкриття критичної температури виявили, що їх треба охолоджувати до температури, нижчої за критичну. Таким чином, охолодивши азот, кисень і водень нижче відповідних критичних температур і застосувавши більші тиски, вдалося одержати їх у рідкому стані. У 1908 році дістали і рідкий гелій, критична температура якого становить -267,9 °С.
|
|
|
Досить широко використовується метод охолодження газів до температури, нижчої за критичну, внаслідок виконання ними роботи за адіабатного розширення. Холодильні машини, які працюють на основі цього принципу, називають детандерами. Вони бувають поршневі і турбінні.
Зріджені гази широко застосовуються як у фізичних дослідженнях, так і в техніці. Найбільше виробляється рідкого повітря, з якого потім добувають у рідкому стані майже всі гази, що є в його складі. Нині це найдешевший спосіб добування чистого кисню, який широко застосовується в суміші з ацетиленом для автогенного зварювання і різання металів, підземної газифікації вугілля, для доменних процесів, в металургії кольорових металів, під час одержання синтетичних алмазів. Великим споживачем рідкого кисню є космічна техніка, де він використовується не тільки як джерело “повітряного” середовища, а й як складова частина пального для ракет. Азот, який добувають з рідкого повітря, використовується для синтезу аміаку, з якого виробляють добрива і сполуки, що містять нітроген, аргон, неон та інші інертні гази – для заповнення електричних ламп розжарення і газосвітних ламп.
Низькі (кріогенні) температури знаходять дедалі більше застосування в біології та медицині. Так, рідкий азот застосовують для тривалого зберігання крові, плазми, кісткового мозку, тканин і окремих органів людини. З успіхом використовується кріохірургічний інструмент, за допомогою якого можна заморожувати окремі ділянки хворих органів, які треба усунути. Нова галузь науки – кріобіологія вивчає процеси в клітинах і тканинах за їх глибокого охолодження.
