Все рассмотренные фазовые переходы были изобарическими,
в частности фазовые переходы воды в последних роликах происходили при давлении на уровне моря,
равном одной атмосфере.
В реальности всё по-другому.
В реальном мире нигде не поддерживается постоянное давление в 1 атмосферу.
1 атмосфера – это давление на уровне моря на Земле.
Давление зависит от размера планеты, от толщины атмосферы,
от условий, в которых существуют газы, жидкости и твердые тела.
Итак, перед вами фазовая диаграмма.
Я запишу.
«Фазовая диаграмма».
Есть несколько форм записи диаграммы.
Это – самая популярная из них,
на которой показаны агрегатные состояния и переходы между ними при изменении температуры и давления.
Это диаграмма для воды.
По оси ординат отложена величина давления,
Давайте-ка подпишу.
По оси абсцисс – температура, а области диаграммы соответствуют различным агрегатным состояниям:
твердое тело, жидкость... жидкость и, наконец, газ.
Посмотрим, какому агрегатному состоянию соответствует температура в 0 градусов.
Так вот, температура 0 градусов Цельсия и давление в 1 атмосферу.
На графике им соответствует вот эта точка.
Это граница между твердым телом и жидкостью при давлении в 1 атмосферу.
Давление здесь равно 1 атмосфере.
Это соответствует общеизвестному факту, что лед плавится при 0 градусов.
Что случится, если мы увеличим давление?
Лед станет плавиться при меньшей температуре.
Увеличим давление, например, до 10 атмосфер, что в 10 раз больше,
чем давление на уровне моря.
Температура, при которой твердое тело переходит в жидкое состояние, уменьшится.
Если давление уменьшить, например оказаться в Денвере,
который на милю выше уровня моря,
то температура замерзания увеличится где-то до 1 градуса.
Здесь не совсем верный масштаб, но суть в том, что лед замерзнет быстрее,
то есть при более высокой температуре, в Денвере,
чем на дне Мертвого моря или в Долине смерти, которые расположены ниже уровня моря.
Область справа от фиолетовой линии соответствует газу.
Вернемся к атмосферному давлению.
Это диаграмма для воды.
Мы знаем, как она себя ведет при давлении в 1 атмосферу.
Я проведу линию.
При давлении в 1 атмосферу и температуре 0 градусов твердый лед превращается в жидкую воду.
Двигаясь вдоль этой линии, мы попадаем в область высокой температуры.
В этой точке графика температура равна 100 градусам.
При такой температуре и давлении в 1 атмосферу жидкая вода превращается в водяной пар, то есть вскипает.
Это температура кипения воды.
Что, если снизить давление?
Вновь отправимся в Денвер.
Вот Денвер.
Хотя нет, нужно что-то более наглядное.
Пусть лучше это будет гора Эверест, там давление низкое.
C понижением давления температура замерзания растет, а кипения – снижается,
так что воду проще вскипятить на вершине Эвереста,
чем у ее подножья или в низине Долины смерти.
Представьте себе жидкость. В ней миллионы молекул, которые располагаются очень близко,
но при этом обладают достаточной кинетической энергией,
чтобы двигаться по отношению друг к другу.
Молекулы движутся – жидкость течет.
Молекулы не испаряются, не выпрыгивают наружу, потому что на них сверху давит воздух.
О давлении воздуха я уже рассказывал.
Давление, создаваемое молекулами газа,
зависит от их температуры, а также от кинетической энергии.
Молекулы газа находятся сверху и не позволяют молекулам жидкости выпрыгивать.
Они не дают им отделиться друг от друга и превратиться в газ.
Чем больше давление, тем сложнее молекулам сбежать.
А теперь перенесем жидкость в вакуум,
на поверхность Луны, где нет воздуха, и слегка встряхнем.
Эти молекулы по-прежнему притягиваются друг к другу,
но в отсутствие внешнего давления небольшого толчка хватит им,
чтобы превратиться в газ.
Чем ниже давление, тем легче жидкости, даже твердому телу стать газом.
Даже твердые тела испаряются.
Для этого нужно очень низкое давление.
Посмотрите на левую часть графика.
Это практически вакуум.
Возьмите лед на поверхность Луны,
в область с нужной температурой,
я уверен, что там минус,
но не помню, сколько именно, лед испарится, превращаясь в пар.
В условиях глубокого вакуума молекулам вещества достаточно малейшего толчка,
чтобы начать испаряться.
И такое может произойти не только на Луне.
Чтобы было понятнее, рассмотрим фазовую диаграмму двуокиси углерода.
Вот она, смотрите.
Это углекислый газ.
Мы его выдыхаем, зеленые растения его потребляют.
И это вещество при 1 атмосфере ведет себя иначе, чем вода.
Обратите внимание, масштаб здесь не соблюден.
Расстояния между 1 и 5 атмосферамии между пятью и семидесятью тремя на самом деле не равны между собой.
Здесь тоже не выдержан масштаб.
Если бы это было важно, я бы, наверное, использовал логарифмический масштаб.
Но вернемся к двуокиси углерода.
Вот твердая двуокись углерода, вот газ, а вот жидкое вещество.
При давлении в одну атмосферу, то есть на уровне моря,
например, как в Новом-Орлеане,
если создать температуру -80 градусов Цельсия, двуокись углерода замерзнет.
Вы с этим сталкивались.
Не уверен, что его до сих пор используют в дымогенераторах,
но ведь все слышали про сухой лед.
Это твердая двуокись углерода.
При атмосферном давлении на уровне моря при температуре -78,5 градусов он сублимируется.
Сублимация – это переход из твердого состояния в жидкое.
Запишу это.
Поэтому не существует такого вещества, как жидкая двуокись углерода.
Я такого никогда не видел.
Чтобы сделать двуокись углерода жидкой,
нужно давление в 5 атмосфер, то есть в 5 раз выше, чем давление на уровне моря.
Такое возможно на Юпитере или Сатурне,
где давление огромное из-за гравитации и толщины атмосферы.
Жидкая двуокись углерода встречается в естественных условиях на газовых планетах-гигантах.
А на Земле сухой лед возгоняется.
Это синоним для сублимации.
Из твердого состояния в газообразное,
минуя жидкость.
Есть еще кое-то интересное,
и вы уже могли это заметить.
Эта точка называется тройной,
потому что при пяти атмосферах и минус 56 градусах Цельсия
двуокись углерода находится в состоянии равновесия между льдом, жидкостью и газом.
Понемногу в каждом из них.
Можно подтолкнуть вещество в сторону одного из состояний, изменив условия.
А вот тройная точка для воды.
При давлении ниже, чем атмосферное.
Это 611 паскаль, что где-то в 200 раз меньше, чем одна атмосфера.
При таком давлении и температуре чуть выше 0 расположена тройная точка воды.
Здесь вода находится в равновесии между этими тремя состояниями.
Есть еще одна интересная точка – здесь.
Критическая точка.
Звучит серьезно и важно, не так ли?
Если поднять температуру или давление еще выше,
получится сверхкритическая жидкость.
Звучит круто.
Все, что дальше, – сверхкритическая жидкость.
С высокой температурой и давлением.
Температура делает из нее газ,
но давление превращает в жидкость – это и то, и другое.
Сверхкритическая вода используется как растворитель.
Она ведет себя как жидкая вода, в ней можно растворять вещества,
а еще она может проникать в твердые тела и просачиваться куда угодно,
чтобы убрать какое-то загрязнение или растворить какую-либо соль.
Сверхкритические жидкости очень интересны.
И причина, по которой я показал вам эти диаграммы,
в том, что давление так же может меняться, как и температура вещества.
При температуре 100 градусов Цельсия или даже 110 на уровне моря вода будет газом.
Вот отметка 110 градусов, и это водяной пар.
Теперь увеличим значение давления, например углубимся под землю или на дно океана,
и водяной пар сконденсируется в жидкость.
Если переместиться в область более низких температур,
можно увидеть явление, обратное сублимации.
Вроде бы, я записывал его название.
А, нет.
Его нет.
Оно подобно конденсации, но я забыл его название.
Это переход из газообразного состояния напрямую в твердое, минуя жидкость.
Польза этих диаграмм в том,
что они позволяют предугадать поведение вещества при изменении давления и температуры.
Subtitles by the Amara.org community
Эта страница в последний раз была отредактирована 21 июня 2024 в 07:12.