2. Какую температуру называют критической?
Критическая температура - температура, при которой проводники переходят в сверхпроводящее состояние.3. Какой эффект называют изотопическим? Почему изотопический эффект является ключом к объяснению сверхпроводимости?
Изотопический эффект заключается в том, что квадрат температуры обратно пропорционален массе ионов в кристаллической решетке. Это значит, что при критической температуре структура кристаллической решетки сверхпроводника оказывает большое влияние на движение электронов - возникающие силы притяжения между электронами превышают кулоновские силы отталкивания.4. Чем отличается характер движения электронов в сверхпроводнике от их движения в проводнике? Как механически можно промоделировать движение куперовских пар в сверхпроводнике?
В проводнике электроны движутся независимо друг от друга, а в сверхпроводнике (при критической температуре) их движения взаимосвязаны. Если движение электронов в проводнике мы сравнивали с потоком шариков, скатывающимся по наклонной плоскости и натыкающимся на штыри, то движение электронов в сверхпроводнике можно представить как движение наклонной плоскости, но шариков попарно связанных пружинами.5. Почему сверхпроводимость исчезает при температуре выше критической? Чем объясняется перспективность разработок высокотемпературных сверхпроводников?
При температурах больше критической электроны снова начинают двигаться хаотично, куперовские пары разрушаются. Перспективность разработок высокотемпературных сверхпроводников позволит уменьшить потери энергии при передаче на большие расстояния, увеличить быстродействие компьютеров.Температура тела - один из важнейших факторов, которые необходимы для обмена веществ. Она является показателем состояния организма и меняется в зависимости от влияния внешних и внутренних факторов. При плохом самочувствии и появлении критической температуры необходимо в срочном порядке обратиться в специализированное учреждение. Ведь это может быть предвестником множества заболеваний.
Факторы, влияющие на температуру тела
Меняется из-за влияния различных факторов, как окружающей среды, так и внутренних особенностей организма, например:
Подострая.
Хроническая.
Время суток. Температура очень часто меняется из-за изменения времени суток. В связи с этим утром температура тела может быть слегка пониженной (на 0,4-0,7 градусов), но не ниже, чем +35,9°С. А к вечеру температура наоборот может немного повышаться (на 0,2-0,6 градусов), но не выше, чем +37,2°С.
Возраст. У детей температура чаще всего выше, чем 36,6 градусов, а у взрослых людей, которые старше 60-65 лет, обычная температура понижается.
Состояние здоровья. Если в организме человека инфекция, то температура (для борьбы с ней) повышается.
Беременность. У беременных на ранних сроках температура не должна опускаться ниже 36 градусов и подниматься выше 37,5 градусов.
Индивидуальные особенности организма.
Влияние окружающей среды.
Классификация температуры тела
Если проанализировать разные показания термометра, температуру можно подразделить на несколько видов и классификаций.
Виды температуры по одной из классификаций (по уровню гипертермии):
Низкая и пониженная. Значение на термометре ниже 35°С.
Нормальная. Значение на термометре в пределах 35-37°С.
Субфебрильная. Значение на термометре в пределах 37-38°С.
Фебрильная. Значение на термометре в пределах 38-39°С.
Пиретическая. Значение на термометре в пределах 39-41°С.
Гиперпиретическая. Значение на термометре выше 41°С.
Деление температуры в зависимости от длительности:
Еще одна классификация видов температуры:
Гипотермия - низкая температура тела (менее 35°С).
Нормальная температура. Этот вид температуры тела колеблется между отметкой в 35-37°С и изменяется от многих факторов, о которых шла речь выше.
Гипертермия - повышенная температура тела (выше 37°С).
Температура тела в пределах нормы
Средний показатель температуры тела, как уже было сказано выше, может изменяться под действием разных факторов. Ее можно измерять не только в подмышечных впадинах, но и во рту, в полости уха, прямой кишке. В зависимости от этого данные на термометре могут различаться, значения критических температур будут гораздо выше или ниже норм, представленных здесь.
Во рту показания термометра будут выше на 0,3-0,6°С, чем при измерении в подмышечных впадинах, то есть здесь нормой будет считаться показатель 36,9-37,2°С. В прямой кишке показания термометра будут выше на 0,6-1,2°С, то есть норма - 37,2-37,8°С. В полости уха показания термометра будут такими же, как в прямой кишке, то есть 37,2-37,8°С.
Эти данные нельзя считать точными для каждого человека. По данным многих исследований, такие показатели встречаются у большинства людей - это примерно 90%, но у 10% людей нормальная температура тела отличается от большинства, и показатели могут колебаться в большую или меньшую сторону.
Чтобы узнать то, какая температура является нормой, нужно измерять и записывать показания в течение дня: утром, в обед и вечером. После всех замеров нужно найти среднее арифметическое всех показателей. Для этого нужно утренние, дневные и вечерние показатели сложить и разделить на 3. Полученное число является нормальной средней температурой тела для определенного человека.
Критическая температура тела
Критической может стать как сильно пониженная, так и сильно повышенная. Высокая температура у людей проявляется намного чаще низкой. При снижении температуры до 26-28°С появляется очень большой риск того, что человек впадет в кому, появятся проблемы с дыханием и сердцем, но эти цифры индивидуальны, так как есть множество подтвержденных историй о том, как после сильнейшего переохлаждения до 16-17°С людям удалось выжить. Например, история, в которой говорится о том, что человек провел около пяти часов в огромном сугробе без шанса выбраться и выжить, его температура снизилась до 19 градусов, но его смогли спасти.
Низкая температура тела
Границей пониженной температуры считается температура ниже, чем 36 градусов, либо начиная от 0,5 до 1,5 градусов ниже индивидуальной температуры человека. А границей низкой температуры считается та температура, которая ниже более, чем на 1,5°С от нормальной.
Причин понижения температуры много, например пониженный иммунитет, длительное нахождение на морозе, а исходя из этого переохлаждение тела, болезни щитовидки, стрессы, отравления, хронические заболевания, головокружения и даже банальная усталость.
Если температура тела понизилась до 35°С, то нужно срочно вызывать скорую помощь, т.к. этот показатель в большинстве случаев является критическим и могут возникнуть необратимые последствия!
Какая критическая температура должна насторожить?
Температура, которая начинается с отметки в 37 градусов, считается субфертильной и зачастую свидетельствует о наличии в организме воспалений, инфекций и вирусов. Температуру от 37 до 38 градусов нельзя сбивать с помощью препаратов, т.к. в организме происходит борьба между здоровыми клетками и болезнетворными.
Есть множество симптомов, которые свидетельствуют о повышении температуры, например: слабость, быстрая утомляемость, озноб, боли головы и мышц, потеря аппетита и потливость. На них стоит обращать повышенное внимание, чтобы не допустить повышения температуры до 38,5 градусов.
Критической температурой тела является показатель 42°С, а в большинстве случаев отметка в 40 градусов уже приводит к летальному исходу. Высокая температура приводит к необратимым последствиям в головном мозге, нарушается обмен веществ в тканях мозга.
В таком случае при повышении температуры, выше, чем 38,5 градусов важен постельный режим, прием жаропонижающих и обязательное обращение к врачу или звонок скорой помощи! Чтобы предотвратить летальный исход при очень высокой или низкой температуре не занимайтесь самолечением, а всегда обращайтесь к врачу, который сможет правильно определить причину такой температуры, поставить диагноз и назначить верное и действенное лечение!
Если некоторое количество жидкости поместить в закрытый сосуд, то часть жидкости испарится и над жидкостью будет находиться насыщенный пар. Давление, а следовательно, и плотность этого пара зависят от температуры. Плотность пара обычно значительно меньше плотности жидкости при той же температуре. Если повысить температуру, то плотность жидкости уменьшится (§ 198), давление же и плотность насыщенного пара возрастут. В табл. 22 приведены значения плотности воды и насыщенного водяного пара для разных температур (а следовательно, и для соответствующих давлений). На рис. 497 эти же данные приведены в виде графика. Верхняя часть графика показывает изменение плотности жидкости в зависимости от ее температуры. При повышении температуры плотность жидкости уменьшается. Нижняя часть графика показывает зависимость плотности насыщенного пара от температуры. Плотность пара увеличивается. При температуре, соответствующей точке , плотности жидкости и насыщенного пара совпадают.
Рис. 497. Зависимость плотности воды и ее насыщенного пара от температуры
Таблица 22. Свойства воды и ее насыщенного пара при разных температурах
|
Температура, |
Давление насыщенного пара, |
Плотность воды, |
Плотность насыщенного пара, |
Удельная теплота парообразования, |
Из таблицы видно, что чем выше температура, тем меньше разница между плотностью жидкости и плотностью ее насыщенного пара. При некоторой температуре (у воды при ) эти плотности совпадают. Температуру, при которой плотности жидкости и ее насыщенного пара совпадают, называют критической температурой данного вещества. На рис. 497 ей соответствует точка . Давление, соответствующее точке , называют критическим давлением. Критические температуры различных веществ сильно разнятся между собой. Некоторые из них приведены в табл. 23.
Таблица 23. Критическая температура и критическое давление некоторых веществ
|
Вещество |
Критическая температура, |
Критическое давление, атм |
Вещество |
Критическая температура, |
Критическое давление, атм |
|
Углекилый газ |
|||||
|
Кислород |
|||||
|
Спирт этиловый |
|||||
На что указывает существование критической температуры? Что будет при еще более высоких температурах?
Опыт показывает, что при температурах, более высоких чем критическая, вещество может находиться только в газообразном состоянии. Если мы будем уменьшать объем, занятый паром, при температуре выше критической, то давление пара возрастает, но он не становится насыщенным и продолжает оставаться однородным: как бы велико ни было давление, мы не обнаружим двух состояний, разделенных резкой границей, как это всегда наблюдается при более низких температурах вследствие конденсации пара. Итак, если температура какого-нибудь вещества выше критической, то равновесие вещества в виде жидкости и соприкасающегося с ней пара невозможно ни при каком давлении.
Критическое состояние вещества можно наблюдать при помощи прибора, изображенного на рис. 498. Он состоит из железной коробки с окнами, которую можно нагревать выше («воздушная баня»), и находящейся внутри бани стеклянной ампулы с эфиром. При нагревании бани мениск в ампуле поднимается, делается более плоским и, наконец, исчезает, что и свидетельствует о переходе через критическое состояние. При охлаждении бани ампула внезапно мутнеет вследствие образования множества мельчайших капелек эфира, после чего эфир собирается в нижней части ампулы.
Рис. 498. Прибор для наблюдения критического состояния эфира
Как видно из табл. 22, по мере приближения к критической точке удельная теплота парообразования становится все меньше и меньше. Это объясняется тем, что при повышении температуры уменьшается различие внутренних энергий вещества в жидком и парообразном состояниях. В самом деле, силы сцепления молекул зависят от расстояний между молекулами. Если плотности жидкости и пара отличаются мало, то мало отличаются и средние расстояния между молекулами. Следовательно, при этом будут мало отличаться и значения потенциальной энергии взаимодействия молекул. Второе слагаемое теплоты парообразования - работа против внешнего давления - тоже уменьшается по мере приближения к критической температуре. Это следует из того, что чем меньше различие в плотностях пара и жидкости, тем меньше расширение, происходящее при испарении, и, значит, тем меньше совершаемая при испарении работа.
На существование критической температуры впервые указал в 1860г. Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907), русский химик, открывший основной закон современной химии - периодический закон химических элементов. Большие заслуги в изучении критической температуры имеет английский химик Томас Эндрюс, произведший обстоятельное исследование поведения углекислоты при изотермическом изменении занимаемого ею объема. Эндрюс показал, что при температурах ниже в замкнутом сосуде возможно сосуществование углекислоты в жидком и в газообразном состояниях; при температурах выше такое сосуществование невозможно и весь сосуд наполнен только газом, как бы ни уменьшать его объем.
После открытия критической температуры стало понятно, почему долго не удавалось превратить в жидкость такие газы, как кислород или водород. Их критическая температура очень низка (табл. 23). Чтобы превратить эти газы в жидкость, их нужно охладить ниже критической температуры. Без этого все попытки их сжижения обречены на неудачу.
Температура тела - показатель теплового состояния организма человека или другого живого организма, который отражает соотношение между выработкой тепла различных органов и тканей и теплообменом между ними и внешней средой.
Температура тела зависит от:
— возраста;
— времени суток;
— воздействие на организм окружающей среды;
— состояния здоровья;
— беременности;
— особенностей организма;
— других факторов, которые еще не выяснены.
Виды температуры тела
В зависимости от показаний термометра, выделяют следующие виды температуры тела:
— меньше 35°С;
— 35°С — 37°С;
— Субфебрильная температура тела:
37°С — 38°С;
— Фебрильная температура тела:
38°С — 39°С;
— Пиретическая температура тела:
39°С — 41°С;
— Гиперпиретическая температура тела:
выше 41°С.
По другой классификации выделяют следующие разновидности температуры тела (состояния организма):
— Гипотермия.
Температура тела опускается ниже 35°С;
— Нормальная температура.
Температура тела находится в промежутке от 35°С до 37°С (в состояния организма, возраста, пола, момента измерения и других факторов);
— Гипертермия.
Температура тела поднимается выше 37°С;
— Лихорадка.
Повышение температуры тела, которое в отличии от гипотермии происходит в условиях сохранения механизмов терморегуляции организма.
Пониженная температура тела встречается реже, нежели повышенная или высокая, но тем не менее, она также достаточно опасная для жизни человека. Если температура тела понижается до 27°С и ниже, есть вероятность попадания человека в кому, хотя случаются случаи, когда люди выживали при и до 16°С.
Пониженной считается температура взрослого здорового человека ниже 36,0°C. В других случаях, пониженной температурой следует считать температуру, которая на 0,5°С – 1,5°С ниже Вашей нормальной температуры.
Низкой считается температура тела , которая ниже более чем на 1,5°С от нормальной температуры Вашего тела, или же если Ваша температура опустилась ниже 35°С (гипотермия). В этом случае необходимо срочно вызывать врача.
Причины пониженной температуры:
— слабый иммунитет;
— сильное переохлаждение;
— последствие перенесенной болезни;
— болезни щитовидной железы;
— лекарственные препараты;
— пониженный гемоглобин;
— гормональный дисбаланс
— внутренние кровотечения;
— отравления
— усталость и др.
Основными и самыми частыми симптомами пониженной температуры являются упадок сил и .
Нормальная температура тела, как отмечают многие специалисты, в основном зависит от возраста и времени суток.
Рассмотрим значения верхней границы нормальной температуры тела у людей различного возраста, если измерять ее под мышкой:
— нормальная температура у новорожденных:
36,8°С;
— нормальная температура у 6 месячных младенцев:
37,4°С;
— нормальная температура у 1 годичных детей:
37,4°С;
— нормальная температура у 3 годичных детей:
37,4°С;
— нормальная температура у 6 летних детей:
37,0°С;
— нормальная температура у взрослых:
36,8°С;
— нормальная температура у взрослых старше 65 лет:
36,3°С;
Если же меряете температуру не под мышками, то показания термометра (градусника) будут отличаться:
— во рту — больше на 0,3-0,6°С;
— в полости уха — больше на 0,6-1,2°С;
— в прямой кишке — больше на 0,6-1,2°С.
Стоит отметить, что вышеприведенные данные основаны на исследовании 90% пациентов, но в то же время, у 10% наблюдается температура тела, которая отличается в большую или меньшую сторону, и при этом, они абсолютно здоровы. В таких случаях для них это также является нормой.
В целом, колебания температуры в большую или меньшую сторону от нормы, более чем на 0,5-1,5°С является реакцией на любые нарушения в работе организма. Другими словами - это знак, что организм распознал болезнь и начал с ней бороться.
Если Вы желаете узнать точный показатель Вашей нормальной температуры, обратитесь к лечащему врачу. Если такой возможности нет, тогда сделайте это самим. Для этого необходимо на протяжении нескольких дней, когда Вы отлично себя чувствуете сделать измерения температуры, утром, днем и вечером. Показания термометра запишите в тетрадь. Потом отдельно сложите все показатели утренних, дневных и вечерних замеров и разделите сумму на количество замеров. Среднее значения и будут Вашей нормальной температурой.
Повышенная и высокая температура тела делится на 4 вида:
— Субфебрильная:
37°С — 38°С.
— Фебрильная:
38°С — 39°С.
— Пиретическая:
39°С — 41°С.
— Гиперпиретическая:
выше 41°С.
Максимальная температура тела , которая считается критической, т.е. при которой человек умирает - 42°С. Она опасна тем, что в тканях головного мозга нарушается обмен веществ, что практически умерщвляет весь организм.
Причины высокой температуры может указать только врач. Наиболее же частыми причинами являются вирусы, бактерии и другие инородные микроорганизмы, которые проникают в тело через ожоги, нарушение , воздушно-капельным путем и др.
Симптомы повышенной и высокой температуры
— Впервые температура человеческого тела (оральная температура) была измерена в Германии в 1851 году с помощью одного из первых образцов появившихся ртутных термометров.
— Самая низкая в мире температура тела 14,2 °C зафиксирована 23 февраля 1994 года у 2-летней канадской девочки, проведшей 6 часов на морозе.
— Самая высокая температура тела была зарегистрирована 10 июля 1980 года в больнице в городе Атланте, США у 52-летнего Уилли Джонса, получившего тепловой удар. Температура его оказалась равна 46,5 °C. Из больницы пациент был выписан через 24 дня.
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
I.Краткая теория
§ 1.Реальные газы.
Уравнение состояния Клапейрона - Менделеева достаточно хорошо описывает известные из опытов свойства газов. Однако, оно является приближённым и оказывается справедливым только при достаточно малых давлениях. Кроме того опыт показывает, что при определенных значениях давления и температуры газы конденсируется, т.е. приходят в жидкое состояние. Уравнение Клапейрона - Менделеева это явление не описывает. Изотерма для реального газа при этом имеет характерный вид (рис. 1).
Рассмотрим процесс, соответствующий этому графику, проведённый в направлении ABCD. Часть изотермы AB описывает процесс сжатия газа до начала конденсации. Она достаточно хорошо может совпадать с изотермой, рассчитанной по уравнению Клапейрона-Менделеева (изображена пунктиром). Однако в процессе, проведённом с реальным веществом при определенном давлении начнётся конденсация (точка B на графике). Это давление называют давлением насыщенных паров или просто давлением насыщения .
Часть графика BC описывает двухфазное состояние вещества. При уменьшении объема от до все большая доля вещества переходит из парообразного состояния в жидкое. Точка C изображает состояние, когда всё вещество превратилось в жидкость. Наконец, CD описывает процесс сжатия жидкости, график идет почти параллельно вертикальной оси, отражая известный факт: жидкости имеют гораздо меньшую сжимаемость, чем газы.
Если проводить подобные изотермические процессы с одним и тем же количеством вещества при различных температурах, мы получим систему изотерм, изображенную на рис.2.
Кривые, соответствующие более высоким температурам, располагаются дальше от начала координат. С повышением температуры горизонтальные части изотерм, описывающие двухфазное состояние, уменьшаются и при некоторой температуре вырождаются в одну единственную точку. Эта температура называется критической.
При температуре выше критической нельзя получить вещество в двухфазном состоянии.
§ 2. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса.
Уравнение состояния идеального газа при больших плотностях не может дать хорошего совпадения с экспериментом, поскольку при eгo написании предполагалось, что молекулы не имеют размеров и не взаимодействуют между собой. Чтобы получить уравнение состояния, удовлетворительно описывающее свойства реальных газов, надо учесть размеры молекул или силы отталкивания, возникающие между молекулами, находящимися на малых расстояниях друг отдруга. Кроме того, надо учестьтакже и силы притяжения между молекулами.
Можно взять за основу уравнение состояния Клапейрона - Менделеева и внести в него соответствующие поправки. Учёт сил отталкивания или размеров молекул произведем, введя поправку к объёму в уравнении Клапейрона - Менделеева для одного киломоля газа
(1)
(2)
Из второго выражения видно, что при давление стремится к бесконечности, т.е. нельзя сжать вещество до объёма, равного нулю.
При сравнительно больших расстояниях междумолекулами существенную роль играют силы притяжения. Их можно учесть, введя соответствующую поправку к давлению в уравнении (2):
(3)
Эту поправку необходимо взять с отрицательным знаком, полагая, что притяжение молекул приводит к уменьшению давления на стенки содержащего данный газ сосуда. Уравнение (3) можно преобразовать так:
(4)
Это и есть уравнение состояния реальных газов, впервые полученное Ван-дер-Ваальсом. Можно записать его для произвольного количества вещества:
(5)
где относительная молекулярная масса.
Уравнение (4) можно представить в виде степенного ряда по объему:
(6)
При фиксированных давлении и температуре оно будет являться уравнении третьей степени относительно объема и должно иметь три корня. Наиболее интересные результаты получаются при анализе изотерм Ван-дер-Ваальса, одна на которых изображена, на рис.3.
При фиксированной температуре каждому значению давление будут соответствовать три корня уравнении (6). Давлению соответствуют три вещественных корня , , . Давлениям и соответствуют один вещественный корень и два комплексно сопряжённых корня, которые физического смысла не имеют и в дальнейшем рассматриваться не будут.
Интересно сопоставить изотерму Ван-дер-Ваальса и опытную изотерму. На рис.3 горизонтальный участок опытной изотермы изображен прямой BF. Часть AB описывает газообразное состояние вещества и удовлетворительно совпадает с опытной изотермой. Часть FG описывает изотермическое сжатие жидкости. Таким образом, уравнение Ван-дер-Ваальса сравнительно неплохо описывает поведение вещества в газообразном и жидком состояниях при изотермическом процессе.
Существенно изотермы отличаются на участке BF . Однако ветви BC и EFимеют определённый физический смысл. Состояния вещества, изображаемые участком BC, могут быть экспериментально получены. Это - пересыщенный или переохлаждённый пар. Состояния вещества, соответствующие участку EFтакже наблюдаются на опыте. Жидкость в таких состояниях называется перегретой. Эти состояния называют метастабильными. Часть изотермы Ван-дер-Ваальса CDE в опытах никогда не наблюдается. Она описывает нестабильное состояние вещества.
§ 3. Критическая температура. Критическое состояние.
Построим семейство изотерм Ван-дер-Ваальса (рис.4). С увеличением температуры кривые будут располагаться далее от начала координаты и характер их будет меняться. Максимумы и минимумы будут сближаться как по оси абсцисс, так и по оси ординат, и при некоторой температуре сольются в одну точку, точку перегиба. При этой температуре и соответствующем данной точке давлении три вещественных корня становятся кратными. Различие между жидкостью и паром и граница раздела между ними исчезают. Такое состояние называют критическим, а температуру - критической температурой. Эта температура является характерным свойством каждого вещества.
Используя уравнение Ван-дер-Ваальса, можно выразить критические параметры , , через индивидуальные константы вещества и , а также через универсальную газовую постоянную .
Один способ нахождения критических параметров основывается на том, что корни уравнения Ван-дер-Ваальса, написанного для критического состояния, являются кратными, т.е, уравнение можно представить так:
Сопоставим с уравнением (6)
Это равенство будет тождественно выполняться, если коэффициенты, при одинаковых степенях будут равны между собой:
,
, (8)
.
Решая систему уравнений (8), получим выражения для критических параметров:
, 
, 
. (9)
Эти же результаты можно получить другим путем. Как уже отмечалось, точка, изображающая критическое состояние, является точкой перегиба на графике изотермического процесса в координатах , . Используем уравнение (3), определяющее давление как функции объёма при фиксированной температуре. Из курса математического анализа известно, что в точке перегиба первая и вторая производные равны нулю:
(10)
(11)
Решая систему уравнений (3), (10), (11) относительно , , получим для них те же соотношения (9).
Определив экспериментально критические параметры, можно найти индивидуальные константы вещества и .
, . (12)
Таким образом, уравнение Ван-дер-Ваальса описывает свойства жидкостей и газов, предсказывает существование критического состояния. Однако, оно является менее универсальным, чем уравнение Клапейрона-Менделееве, так как в него входят две индивидуальные константы вещества и .
II. Описание УСТАНОВКИ.
Знание критических параметров , , представляет значительный научный и практический интерес. При температуре выше критической вещество может существовать только в газообразном состоянии. Скрытая теплота парообразования и коэффициент поверхностного натяжения при критической температуре обращаются в нуль.
Построив на основе экспериментальных данных систему изотерм (как показано не Рис2), можно определить критическую температуру и два других параметра. Этот метод был впервые применен Эндрюсом при определении критических параметров углекислого газ. При определении только критической температуры можно воспользоваться менее громоздким методом исчезновения мениска. Исследуемое вещество помещается в запаянную стеклянную ампулу и нагревается. Если количество жидкости в ампуле подобрано таким образом, что в процессе нагревания мениск практически остается на месте, то в определённый момент вещество достигнет критического состояния (мениск при этом исчезнет). При охлаждении он снова появится и вещество разделится на две фазы. Температура, при которой появляется и исчезает мениск и будет являться критической температурой.
Определение критической температуры производится на установке, схема которой изображена не рис.5.
На общей подставке смонтированы осветитель 1 и термостат 2, в который помещается специальный микропресс 3 с исследуемы веществом. В нижней части корпуса осветителя имеется два тумблера: одним включается осветитель, другим нагреватели 4 термостате. Температура термостата контролируется с помощью двух хромель-копелевых термопар, включенных последовательно. Рабочие спаи термопар 5 помещаются в непосредственной близости к микропрессу. Термо-э.д.с. измеряется с помощью цифрового вольтметра 6.
Устройство микропресса, совмещающего в себе конструктивно рабочую камеру и миниатюрный пресс, показано на рис.6. Рабочим объемом иикропресса является объём тонкой стеклянной трубки 1, которая помещается в корпус пресса 2. С обоих торцов стеклянная трубка герметически закрывается винтами 3 и 4 с фторопластовыми уплотнениями 5. Внутри винта 4 по резьбе может перемещаться поршень 6 и таким образом менять рабочий объём. Визуальное наблюдение за изменением состояния вещества производится через смотровые щели в корпусе пресса и в корпусе термостате.
III. ИЗМЕРЕНИИ. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ.
В процессе выполнения лабораторной работы необходимо провести градуировку термопар и построение градировочной кривой. Для этого предварительно включить вольтметр, а затем, через 20-30 минут, включить нагреватели термостата. Вместо микропрес-са в термостат помещается ртутный термометр с пределами измерения от 0°С до 350°С. В процессе повышения температуры необходимо записывать показания вольтметра и термометра через Dt=20°С . Затем надо включить нагрев термостата и записать соответствующие показания при остывании. Окончательные результаты градуировки представить в виде графика: по вертикали откладываются показания вольтметра в милливольтах U , по горизонтали разность между температурой термостата и комнатной температурой. Необходимо брать именно разность температур, поскольку "холодные" спаи термопар находятся при комнатной температуре.
После проведения градуировки заполнить микропресс исследуемым веществом со стороны винта 3 с помощью шприца. Поршень при этом должен быть введён в стеклянную, трубку до соответствующей отметки, примерно на 3/4 длины. Далее необходимо винтом 3 с уплотнением закрыть пресс так, чтобы в стеклянную трубку не попал пузырёк воздуха. Винты 3 и 4 надо крепко закрутить. После этого поршень можно вывести из стеклянной трубки таким образом, чтобы образовавшаяся при этом газообразная фаза занимала примерно такой же объём, как и жидкая. Затем пресс помещают в термостат так, чтобы рукоятка поршня находилась сверху за пределами термостата и включают нагрев.
В процессе нагревания необходимо следить за положением менискаи, перемещая поршень, в ту или другую сторону, не давать ему уйти из поля зрения. При определенной температуре мениск должен исчезнуть. Это критическая температура. Вещество в критическим состоянии интенсивно рассеивает свет и становится мутно-белым, непрозрачным. В данной установке детали микропресса выходят за пределы термостата, через них происходит интенсивный теплоотвод, Поэтому температура в стеклянной трубке неоднородна, и критическое состояние может быть получено только в нижней части трубки. Это и наблюдается в эксперименте. В верхней части трубки при этом может наблюдаться граница раздела двух фаз.
В процессе работы необходимо измерить температуру, при которой в нижней части стеклянной трубку начнется интенсивное рассеяние света веществом. Затем нагреватели необходимо выключить и измерить температуру, при которой это рассеяние исчезнет. Подобные измерения провести несколько рез и в качестве критической температуры взять среднее значение.
Таблица 1.
По результатам измерения критической температуры. и используя данные таблицы 1 для критического давления, рассчитать константы Ван-дер-Ваальса и для исследуемого вещества.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1) Для чего введены константы и в уравнение Ван-дер-Ваальса?
2) Сравнить систему реальных изотерм и систему изотерм Ван-дер-Ваальса.
3) Как меняется давление насыщения при изменении температуры?
4) Рассказать о двух методах вывода формул для критических параметров.
5) Написать приведенное уравнение Ван-дер-Ваальса.
6)
Сформулировать закон соответственных состояний.
ЛИТЕРАТУРА.
1) А.К.Кикоин, И.К.Кикоин. Молекулярная физика. Изд."Наука",1976, с.208-237.
2) Д.В.Сивухин. Общий курс физики. Т.П, изд."Наука", 1976,с.371-399.