MolFiz_2012_v2

Фазовый переход жидкость-пар

Фазовый переход жидкость-пар является

фазовым переходом первого рода.

Характерной особенностью таких переходов является то, что они происходят

при постоянной температуре, называемой температурой фазового перехода. Для поддержания температуры перехода

постоянной в веществе выделяется или

поглощается скрытая теплота фазового перехода (теплота парообразования,

конденсации). Эта теплота затрачивается на

изменение фазового состояния вещества.

271

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса

Рассматривая малый обратимый цикл Карно в системе, находящейся в двухфазном состоянии,

можно получить уравнение Клапейрона-

Клаузиуса	dP				q
								,
	dT
			T Vп			Vж

где q – удельная (на единицу массы) скрытая теплота фазового перехода; V’п и V’ж – удельные объемы газообразной и жидкой фаз.

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса связывает давление, при котором находится в равновесии двухфазная система, с температурой.

Если известны удельная скрытая теплота перехода и объемы жидкой и газообразной фаз, то решение уравнения позволяет найти давление как функцию температуры.

272

Фазовая диаграмма жидкость-пар

Поскольку V’п > V’ж , то dP/dT>0 и давление равновесного состояния фаз увеличивается с

ростом температуры.

273

Влажность воздуха

Как известно, в атмосфере воздуха всегда присутствует некоторое количество водяного пара, которое называется влажностью воздуха или просто влажностью.

Влажность бывает абсолютная и относительная.

Абсолютная влажность D – масса водяного пара,

которое помещается в 1 м3:

D Vm ,

где m – масса водяного пара в объеме V. Максимальное количество водяного пара, которое может находится в 1 м3 воздуха при определенной температуре, называется

максимальной абсолютной влажностью:

D mmax .
max	V

где mmax – максимальная масса водяного пара в объеме

V.

274

Влажность воздуха

Относительная влажность ψ – это отношение абсолютной влажности воздуха к максимально возможной абсолютной

влажности:

D P ,

Dmax Pн.п.

где P – парциальное давление водяного пара; Pн.п. – давление насыщенного водяного пара.

Абсолютная и относительная влажности зависят от температуры.

Точка росы – это та температура, до которой необходимо охладить данный объем воздуха, чтобы весь водяной пар, который в нем находится, перешел в жидкую фазу. При понижении температуры до точки росы относительная влажность воздуха достигает 100% и начинается конденсация водяного пара.

275

Молекулярная физика

Тема 18:

Жидкость

276

Содержание

•Свойства и структура жидкостей. Жидкие кристаллы. Теплоемкость жидкостей.

•Поверхностное натяжение. Условия равновесия на границе двух жидкостей и на границе жидкость – твердое тело.

•Давление под искривленной поверхностью жидкости. Капиллярные явления. Поверхностноактивные вещества. Флотация.

•Испарение. Динамическое равновесие на границе жидкость – пар. Кипение. Давление насыщенных паров вблизи искривленной поверхности жидкости.

•Перегретая жидкость. Переохлажденный пар. Пузырьковая камера. Камера Вильсона.

277

Свойства и структура жидкостей

В твердом теле каждая частица (атом) колеблется около своего положения равновесия, причем в идеальной решетке кристалла все возможные «места» для частиц заняты. Жидкость обладает более «рыхлой» структурой, чем твердое тело, в ней имеются свободные места - «дырки», благодаря чему молекулы могут перемещаться, покидая свое место и занимая одну из соседних свободных «дырок». Тепловое движение в жидкостях носит следующий характер: каждая молекула в течение некоторого промежутка времени колеблется около определенного места равновесия. Молекула меняет место равновесия, перемещаясь на отрезок порядка размеров самих молекул. Таким образом, молекулы медленно перемещаются внутри жидкости, пребывая часть времени около определенных мест, находясь в «оседлом»

состоянии (теория Я.И. Френкеля).	278

Свойства и структура жидкостей

В газе средняя кинетическая энергия теплового движения молекул достаточна, чтобы преодолеть силы притяжения между молекулами. Это ведет к тому, что молекулы в газе разлетаются во все стороны, и газ распространяется на весь предоставленный ему объем. В жидкостях, наоборот, средней кинетической энергии теплового движения не хватает, чтобы преодолеть силы сцепления. Благодаря этому жидкость представляет собой тело определенного объема. Из жидкости вырываются лишь наиболее быстрые молекулы, что ведет к процессу испарения жидкости.

279

Свойства и структура жидкостей

Взаимная потенциальная энергия двух молекул газа имеет при некотором расстоянии r0 между молекулами минимум. Однако глубина образующейся потенциальной ямы u невелика и меньше средней кинетической энергии (1/2)kT, приходящейся на одну степень свободы. Поэтому молекулы в газе не удерживаются друг около друга, но, сблизившись, снова разлетаются. Для молекул жидкости средняя кинетическая энергия теплового движения недостаточна, чтобы преодолеть силы взаимного притяжения молекул друг к другу. В результате молекулы располагаются достаточно близко друг к другу, и каждая молекула окружена другими.

280