2. Hvilken temperatur kaldes kritisk?
Kritisk temperatur er den temperatur, hvor ledere går i en superledende tilstand.3. Hvilken effekt kaldes isotopisk? Hvorfor er isotopeffekten nøglen til at forklare superledning?
Isotopeffekten er, at kvadratet af temperaturen er omvendt proportional med massen af ioner i krystalgitteret. Det betyder, at ved en kritisk temperatur har strukturen af en superleders krystalgitter stor indflydelse på elektronernes bevægelse - de resulterende tiltrækningskræfter mellem elektroner overstiger Coulomb-frastødende kræfter.4. Hvordan adskiller karakteren af elektronernes bevægelse i en superleder sig fra deres bevægelse i en leder? Hvordan kan man mekanisk modellere bevægelsen af Cooper-par i en superleder?
I en leder bevæger elektroner sig uafhængigt af hinanden, men i en superleder (ved en kritisk temperatur) er deres bevægelser forbundet med hinanden. Hvis vi sammenligner elektronernes bevægelse i en leder med en strøm af kugler, der ruller ned ad et skråplan og støder ind i stifter, så kan elektronernes bevægelse i en superleder repræsenteres som bevægelsen af et skråplan, men kuglerne er forbundet i par ved fjedre.5. Hvorfor forsvinder superledning ved temperaturer over kritisk? Hvad forklarer den lovende udvikling af højtemperatursuperledere?
Ved temperaturer over den kritiske værdi begynder elektroner igen at bevæge sig kaotisk, og Cooper-par ødelægges. Udsigterne for udvikling af højtemperatur-superledere vil reducere energitab under transmission over lange afstande og øge computernes hastighed.Kropstemperaturen er en af de vigtigste faktorer, der er nødvendige for stofskiftet. Det er en indikator for kroppens tilstand og ændrer sig afhængigt af påvirkningen af eksterne og interne faktorer. Hvis du føler dig utilpas og har en kritisk temperatur, skal du hurtigst muligt kontakte en specialiseret institution. Dette kan trods alt være en varsel om mange sygdomme.
Faktorer, der påvirker kropstemperaturen
Det ændrer sig på grund af påvirkningen af forskellige faktorer, både miljøet og kroppens indre egenskaber, for eksempel:
Subakut.
Kronisk.
Tider på dagen. Temperaturen ændrer sig meget ofte på grund af ændringer i tidspunktet på dagen. I denne henseende kan kropstemperaturen om morgenen være lidt lavere (med 0,4-0,7 grader), men ikke lavere end +35,9 °C. Om aftenen kan temperaturen tværtimod stige lidt (med 0,2-0,6 grader), men ikke højere end +37,2°C.
Alder. Hos børn er temperaturen oftest højere end 36,6 grader, og hos voksne, der er over 60-65 år, falder den sædvanlige temperatur.
Helbredsstatus. Hvis der er en infektion i menneskekroppen, stiger temperaturen (for at bekæmpe den).
Graviditet. Hos gravide kvinder i de tidlige stadier bør temperaturen ikke falde under 36 grader og stige over 37,5 grader.
Kroppens individuelle egenskaber.
Miljøpåvirkning.
Klassificering af kropstemperatur
Hvis du analyserer forskellige termometeraflæsninger, kan temperaturen opdeles i flere typer og klassifikationer.
Typer af temperatur i henhold til en af klassifikationerne (i henhold til niveauet af hypertermi):
Lav og reduceret. Termometeraflæsningen er under 35°C.
Normal. Værdien på termometeret ligger inden for 35-37°C.
Subfebril. Værdien på termometeret er inden for 37-38°C.
Febril. Værdien på termometeret ligger inden for 38-39°C.
Pyretisk. Værdien på termometeret er inden for 39-41°C.
Hyperpyretisk. Termometeraflæsningen er over 41°C.
Temperaturinddeling afhængig af varighed:
En anden klassificering af temperaturtyper:
Hypotermi - lav kropstemperatur (mindre end 35°C).
Normal temperatur. Denne type kropstemperatur svinger mellem 35-37°C og varierer fra mange faktorer diskuteret ovenfor.
Hypertermi - øget kropstemperatur (over 37°C).
Kropstemperaturen er inden for normale grænser
Den gennemsnitlige kropstemperatur, som nævnt ovenfor, kan ændre sig under indflydelse af forskellige faktorer. Det kan måles ikke kun i armhulerne, men også i munden, ørehulen og endetarmen. Afhængigt af dette kan dataene på termometeret variere; værdierne af kritiske temperaturer vil være meget højere eller lavere end standarderne præsenteret her.
I munden vil termometeraflæsningerne være 0,3-0,6°C højere end ved måling i armhulerne, det vil sige her vil normen være 36,9-37,2°C. I endetarmen vil termometeraflæsningerne være 0,6-1,2°C højere, det vil sige, at normen er 37,2-37,8°C. I ørehulen vil termometeraflæsningerne være de samme som i endetarmen, det vil sige 37,2-37,8 ° C.
Disse data kan ikke betragtes som nøjagtige for hver enkelt person. Ifølge mange undersøgelser forekommer sådanne indikatorer hos de fleste mennesker - det er cirka 90%, men hos 10% af mennesker afviger den normale kropstemperatur fra flertallet, og indikatorerne kan svinge op eller ned.
For at finde ud af, hvilken temperatur der er normal, skal du måle og registrere aflæsninger i løbet af dagen: morgen, eftermiddag og aften. Efter alle målinger skal du finde det aritmetiske gennemsnit af alle indikatorer. For at gøre dette skal du tilføje morgen-, eftermiddags- og aftenaflæsningerne og dividere med 3. Det resulterende tal er den normale gennemsnitlige kropstemperatur for en bestemt person.
Kritisk kropstemperatur
Enten et meget lavt eller meget højt niveau kan blive kritisk. Høje temperaturer hos mennesker forekommer meget oftere end lave temperaturer. Når temperaturen falder til 26-28°C, er der meget stor risiko for, at en person falder i koma, der opstår problemer med vejrtrækning og hjerte, men disse tal er individuelle, da der er mange bekræftede historier om, hvordan man efter alvorlig hypotermi, op til 16-17 °C lykkedes det mennesker at overleve. For eksempel, en historie, der siger, at en mand tilbragte omkring fem timer i en enorm snedrive uden en chance for at komme ud og overleve, hans temperatur faldt til 19 grader, men de var i stand til at redde ham.
Lav kropstemperatur
Grænsen for lav temperatur anses for at være en temperatur lavere end 36 grader eller spænder fra 0,5 til 1,5 grader under en persons individuelle temperatur. Og grænsen for lav temperatur anses for at være den temperatur, der er lavere med mere end 1,5 ° C fra normalt.
Der er mange grunde til et fald i temperaturen, for eksempel nedsat immunitet, langvarig udsættelse for kulde, og baseret på dette, hypotermi i kroppen, skjoldbruskkirtelsygdom, stress, forgiftning, kroniske sygdomme, svimmelhed og endda banal træthed.
Hvis kropstemperaturen falder til 35°C, skal du omgående ringe til en ambulance, fordi i de fleste tilfælde er denne indikator kritisk, og der kan opstå irreversible konsekvenser!
Hvilken kritisk temperatur skal advare dig?
En temperatur, der starter ved 37 grader, betragtes som subfertil og indikerer ofte tilstedeværelsen af betændelse, infektioner og vira i kroppen. Temperaturen fra 37 til 38 grader kan ikke bringes ned ved hjælp af medicin, pga I kroppen er der en kamp mellem raske celler og patogene celler.
Der er mange symptomer, der indikerer en stigning i temperaturen, for eksempel: svaghed, træthed, kulderystelser, hovedpine og muskelsmerter, appetitløshed og svedtendens. Du bør være særlig opmærksom på dem for at forhindre, at temperaturen stiger til 38,5 grader.
Den kritiske kropstemperatur er 42°C, og i de fleste tilfælde fører et mærke på 40 grader allerede til døden. Høj temperatur fører til irreversible konsekvenser i hjernen, metabolisme i hjernevæv forstyrres.
I dette tilfælde, hvis temperaturen stiger over 38,5 grader, er sengeleje, at tage antipyretika og altid at se en læge eller ringe til en ambulance vigtigt! For at forhindre død ved en meget høj eller lav temperatur, må du ikke selvmedicinere, men altid konsultere en læge, der korrekt kan bestemme årsagen til en sådan temperatur, stille en diagnose og ordinere den korrekte og effektive behandling!
Hvis en vis mængde væske anbringes i en lukket beholder, vil en del af væsken fordampe, og mættet damp vil eksistere over væsken. Trykket og derfor tætheden af denne damp afhænger af temperaturen. Dampdensiteten er normalt meget mindre end væskedensiteten ved samme temperatur. Øger man temperaturen, vil væskens massefylde falde (§ 198), mens trykket og densiteten af den mættede damp vil stige. I tabel 22 viser densitetsværdierne for vand og mættet vanddamp for forskellige temperaturer (og derfor for de tilsvarende tryk). I fig. 497 de samme data præsenteres i grafform. Den øverste del af grafen viser ændringen i densiteten af en væske afhængigt af dens temperatur. Når temperaturen stiger, falder væskens densitet. Den nederste del af grafen viser afhængigheden af den mættede damptæthed af temperaturen. Dampdensiteten øges. Ved den temperatur, der svarer til punkt , falder tæthederne af væsken og den mættede damp sammen.
Ris. 497. Afhængighed af vands tæthed og dets mættede damp af temperaturen
Tabel 22. Vands egenskaber og dets mættede damp ved forskellige temperaturer
|
Temperatur, |
Mættet damptryk, |
Densitet af vand, |
Mættet damptæthed, |
Specifik fordampningsvarme, |
Tabellen viser, at jo højere temperatur, jo mindre er forskellen mellem væskens densitet og densiteten af dens mættede damp. Ved en bestemt temperatur (ved vand) falder disse tætheder sammen. Den temperatur, hvor væskens massefylde og dens mættede damp falder sammen, kaldes stoffets kritiske temperatur. I fig. 497 svarer til prikken. Trykket svarende til punkt kaldes kritisk tryk. De kritiske temperaturer for forskellige stoffer varierer meget. Nogle af dem er angivet i tabel. 23.
Tabel 23. Kritisk temperatur og kritisk tryk for nogle stoffer
|
Stof |
Kritisk temperatur |
Kritisk pres, atm |
Stof |
Kritisk temperatur |
Kritisk pres, atm |
|
Carbondioxid |
|||||
|
Ilt |
|||||
|
Ethanol |
|||||
Hvad indikerer eksistensen af en kritisk temperatur? Hvad sker der ved endnu højere temperaturer?
Erfaring viser, at ved temperaturer, der er højere end kritisk, kan et stof kun være i gasform. Hvis vi reducerer volumen optaget af damp ved en temperatur over den kritiske temperatur, så stiger dampens tryk, men den bliver ikke mættet og fortsætter med at forblive homogen: uanset hvor højt trykket er, vil vi ikke finde to tilstande adskilt ved en skarp grænse, som det altid observeres ved lavere temperaturer på grund af dampkondensering. Så hvis temperaturen af et stof er over den kritiske temperatur, så er ligevægt af stoffet i form af en væske og dampen i kontakt med det umuligt ved ethvert tryk.
Den kritiske tilstand af et stof kan observeres ved hjælp af enheden vist i fig. 498. Den består af en jernkasse med vinduer, som kan opvarmes højere ("luftbad") og en glasampul med æter placeret inde i badekarret. Når badet opvarmes, rejser menisken i ampullen sig, bliver fladere og forsvinder til sidst, hvilket indikerer en overgang gennem en kritisk tilstand. Når badet afkøles, bliver ampullen pludselig uklar på grund af dannelsen af mange bittesmå dråber æter, hvorefter æteren samler sig i bunden af ampullen.
Ris. 498. Apparat til observation af æterens kritiske tilstand
Som det kan ses af tabel. 22, når det kritiske punkt nærmer sig, bliver den specifikke fordampningsvarme mindre og mindre. Dette forklares ved, at når temperaturen stiger, falder forskellen i et stofs indre energier i væske- og damptilstanden. Faktisk afhænger molekylernes klæbekræfter af afstandene mellem molekylerne. Hvis tæthederne af væske og damp afviger lidt, så varierer de gennemsnitlige afstande mellem molekyler lidt. Følgelig vil værdierne af den potentielle energi af interaktion mellem molekyler afvige lidt. Det andet led i fordampningsvarmen - arbejde mod ydre tryk - falder også, når den kritiske temperatur nærmer sig. Dette følger af den kendsgerning, at jo mindre forskellen er i densiteter af damp og væske, desto mindre ekspansion sker der under fordampningen, og jo mindre arbejde udføres der under fordampningen.
Eksistensen af en kritisk temperatur blev første gang påpeget i 1860. Dmitry Ivanovich Mendeleev (1834-1907), russisk kemiker, der opdagede den grundlæggende lov for moderne kemi - den periodiske lov for kemiske grundstoffer. Store præstationer i studiet af kritisk temperatur tilhører den engelske kemiker Thomas Andrews, som udførte en detaljeret undersøgelse af kuldioxidens adfærd under en isoterm ændring i det volumen, det optager. Andrews viste, at ved lavere temperaturer i en lukket beholder er sameksistensen af kuldioxid i flydende og gasformige tilstande mulig; ved højere temperaturer er en sådan sameksistens umulig, og hele beholderen er kun fyldt med gas, uanset hvor meget dens volumen reduceres.
Efter opdagelsen af den kritiske temperatur blev det klart, hvorfor gasser som ilt eller brint ikke kunne omdannes til væske i lang tid. Deres kritiske temperatur er meget lav (tabel 23). For at omdanne disse gasser til væske skal de afkøles til under en kritisk temperatur. Uden dette er alle forsøg på at gøre dem flydende dømt til at mislykkes.
Kropstemperatur- en indikator for den termiske tilstand af den menneskelige krop eller anden levende organisme, som afspejler forholdet mellem varmeproduktionen af forskellige organer og væv og varmeudvekslingen mellem dem og det ydre miljø.
Kropstemperaturen afhænger af:
— alder;
- tid på dagen;
— miljøpåvirkning på kroppen;
- helbredsstatus;
- graviditet;
- kroppens egenskaber;
— andre faktorer, der endnu ikke er afklaret.
Typer af kropstemperatur
Afhængigt af termometeraflæsningerne skelnes der mellem følgende typer kropstemperatur:
— mindre end 35°C;
— 35°С — 37°С;
— Lav kropstemperatur: 37°С - 38°С;
— Febril kropstemperatur: 38°C - 39°C;
— Pyretisk kropstemperatur: 39°С - 41°С;
— Hyperpyretisk kropstemperatur: over 41°C.
Ifølge en anden klassifikation skelnes følgende typer af kropstemperatur (kropstilstand):
— Hypotermi. Kropstemperaturen falder til under 35°C;
— Normal temperatur. Kropstemperaturen varierer fra 35°C til 37°C (afhængigt af kroppens tilstand, alder, køn, målemoment og andre faktorer);
— Hypertermi. Kropstemperaturen stiger over 37°C;
— Feber. En stigning i kropstemperaturen, som i modsætning til hypotermi sker, mens kroppens termoreguleringsmekanismer opretholdes.
Lav kropstemperatur er mindre almindelig end høj eller høj kropstemperatur, men ikke desto mindre er den også ret farlig for menneskers liv. Hvis kropstemperaturen falder til 27°C eller lavere, er der en chance for, at en person falder i koma, selvom der har været tilfælde, hvor mennesker har overlevet ved temperaturer op til 16°C.
Temperaturen anses for lav for en voksen rask person under 36,0°C. I andre tilfælde skal en lav temperatur betragtes som en temperatur, der er 0,5°C - 1,5°C under din normale temperatur.
Kropstemperaturen anses for lav hvilket er mere end 1,5°C under din normale kropstemperatur, eller hvis din temperatur falder til under 35°C (hypotermi). I dette tilfælde skal du omgående ringe til en læge.
Årsager til lav temperatur:
- svag immunitet;
- svær hypotermi;
- en konsekvens af en sygdom;
- skjoldbruskkirtelsygdom;
- medicin;
- nedsat hæmoglobin;
- hormonel ubalance
- Indre blødninger;
- forgiftning
- træthed osv.
De vigtigste og mest almindelige symptomer på lav temperatur er tab af styrke og.
Normal kropstemperatur, som mange eksperter bemærker, afhænger hovedsageligt af alder og tidspunkt på dagen.
Lad os overveje værdier af den øvre grænse for normal kropstemperatur hos mennesker i forskellige aldre, hvis målt under armen:
— normal temperatur hos nyfødte: 36,8°C;
— normal temperatur hos 6 måneder gamle babyer: 37,4°C;
— normal temperatur hos 1-årige børn: 37,4°C;
— normal temperatur hos 3-årige børn: 37,4°C;
— normal temperatur hos 6-årige børn: 37,0°C;
— normal temperatur hos voksne: 36,8°C;
— normal temperatur for voksne over 65 år: 36,3°C;
Hvis du måler temperaturen ikke under armene, vil aflæsningerne af termometeret (termometeret) afvige:
- i munden - 0,3-0,6°C mere;
- i ørehulen - mere med 0,6-1,2°C;
- i endetarmen - mere med 0,6-1,2°C.
Det er værd at bemærke, at ovenstående data er baseret på en undersøgelse af 90% af patienterne, men samtidig har 10% en kropstemperatur, der adskiller sig op eller ned, og samtidig er de absolut sunde. I sådanne tilfælde er dette også normen for dem.
Generelt er temperatursvingninger op eller ned fra normen med mere end 0,5-1,5 ° C en reaktion på eventuelle forstyrrelser i kroppens funktion. Med andre ord er dette et tegn på, at kroppen genkendte sygdommen og begyndte at bekæmpe den.
Hvis du vil vide den nøjagtige indikator for din normale temperatur, skal du kontakte din læge. Hvis dette ikke er muligt, så gør det selv. For at gøre dette skal du tage temperaturmålinger over flere dage, når du har det godt, morgen, eftermiddag og aften. Skriv termometeraflæsningerne ned i din notesbog. Læg derefter alle indikatorerne for morgen-, eftermiddags- og aftenmålinger separat sammen og divider summen med antallet af målinger. Den gennemsnitlige værdi vil være din normale temperatur.
Øget og høj kropstemperatur er opdelt i 4 typer:
— Subfebril: 37°C - 38°C.
— feber: 38°C - 39°C.
— Pyretisk: 39°C - 41°C.
— Hyperpyretisk: over 41°C.
Maksimal kropstemperatur, som anses for kritisk, dvs. hvor en person dør er 42°C. Det er farligt, fordi stofskiftet i hjernevævet forstyrres, hvilket praktisk talt dræber hele kroppen.
Kun en læge kan angive årsagerne til høj temperatur. De mest almindelige årsager er vira, bakterier og andre fremmede mikroorganismer, der kommer ind i kroppen gennem forbrændinger, forstyrrelser, luftbårne dråber mv.
Symptomer på feber og feber
— Menneskets kropstemperatur (oral temperatur) blev første gang målt i Tyskland i 1851 ved hjælp af et af de første kviksølvtermometre, der dukkede op.
- Verdens laveste kropstemperatur på 14,2 °C blev registreret den 23. februar 1994 hos en 2-årig canadisk pige, der tilbragte 6 timer i kulden.
- Den højeste kropstemperatur blev registreret den 10. juli 1980 på et hospital i Atlanta, USA, hos 52-årige Willie Jones, der led af hedeslag. Hans temperatur viste sig at være 46,5 °C. Patienten blev udskrevet fra hospitalet efter 24 dage.
TYUMEN STATE UNIVERSITY
INSTITUT FOR MOLEKYLÆR FYSIK
BESTEMMELSE AF KRITISK TEMPERATUR
I. Kort teori
§ 1. Ægte gasser.
Clapeyron-Mendeleev tilstandsligningen beskriver de eksperimentelt kendte egenskaber af gasser ganske godt. Den er dog omtrentlig og viser sig kun at være gyldig ved tilstrækkeligt lave tryk. Derudover viser erfaringen, at ved visse værdier af tryk og temperatur kondenserer gasser, dvs. komme i flydende tilstand. Clapeyron-Mendeleev-ligningen beskriver ikke dette fænomen. Isotermen for en rigtig gas har en karakteristisk form (fig. 1).
Lad os overveje processen, der svarer til denne graf, udført i ABCD-retningen. En del af AB-isotermen beskriver processen med gaskompression, før kondensationen begynder. Det kan falde ganske godt sammen med isotermen beregnet ved hjælp af Clapeyron-Mendeleev-ligningen (vist med den stiplede linje). Men i en proces, der udføres med et virkeligt stof ved et bestemt tryk, vil kondensering begynde (punkt B på grafen). Dette tryk kaldes mættet damptryk eller blot mætningstryk.
BC-delen af grafen beskriver tofasetilstanden af et stof. Når volumenet falder fra til, går en stigende andel af stoffet fra damptilstand til flydende tilstand. Punkt C repræsenterer tilstanden, når alt stof er blevet til væske. Endelig beskriver CD processen med komprimering af en væske, grafen løber næsten parallelt med den lodrette akse, hvilket afspejler det velkendte faktum, at væsker er meget mindre komprimerbare end gasser.
Hvis vi udfører lignende isotermiske processer med den samme mængde stof ved forskellige temperaturer, får vi systemet af isotermer vist i fig.
Kurver svarende til højere temperaturer er placeret længere fra origo. Med stigende temperatur falder de vandrette dele af isotermerne, der beskriver tofasetilstanden, og degenererer ved en bestemt temperatur til et enkelt punkt. Denne temperatur kaldes kritisk.
Ved temperaturer over kritiske er det umuligt at opnå et stof i en tofaset tilstand.
§ 2. Van der Waals ligning. Van der Waals isotermer.
Tilstandsligningen for en ideel gas ved høje tætheder kan ikke give en god overensstemmelse med eksperimentet, da det da det blev skrevet, blev antaget, at molekylerne ikke har nogen størrelse og ikke interagerer med hinanden. For at opnå en tilstandsligning, der tilfredsstillende beskriver egenskaberne af virkelige gasser, er det nødvendigt at tage højde for størrelsen af molekyler eller de frastødende kræfter, der opstår mellem molekyler placeret i kort afstand fra hinanden. Derudover skal vi også tage højde for tiltrækningskræfterne mellem molekyler.
Du kan tage Clapeyron-Mendeleev-statsligningen som grundlag og foretage passende ændringer til den. Vi vil tage hensyn til frastødningskræfter eller molekylstørrelser ved at indføre en korrektion til volumenet i Clapeyron-Mendeleev-ligningen for en kilomol gas
(1)
(2)
Fra det andet udtryk er det klart, at når trykket tenderer mod det uendelige, dvs. Det er umuligt at komprimere et stof til et volumen lig med nul.
Ved relativt store afstande mellem molekyler spiller tiltrækningskræfter en væsentlig rolle. De kan tages i betragtning ved at indføre en passende korrektion af trykket i ligning (2):
(3)
Denne korrektion skal tages med et negativt fortegn, idet det antages, at tiltrækningen af molekyler fører til et fald i trykket på væggene i beholderen, der indeholder en given gas. Ligning (3) kan omarrangeres som følger:
(4)
Dette er tilstandsligningen for virkelige gasser, først opnået af Van der Waals. Du kan skrive det for en vilkårlig mængde stof:
(5)
hvor er den relative molekylmasse.
Ligning (4) kan repræsenteres som en potensrække i volumen:
(6)
Ved fast tryk og temperatur vil det være en ligning af tredje grad med hensyn til volumen og skal have tre rødder. De mest interessante resultater opnås ved at analysere van der Waals isotermer, hvoraf den ene er vist i fig. 3.
Ved en fast temperatur vil hver trykværdi svare til tre rødder af ligning (6). Tryk svarer til tre reelle rødder , , . Presser og svarer til en reel rod og to komplekse konjugerede rødder, som ikke har nogen fysisk betydning og vil ikke blive behandlet yderligere.
Det er interessant at sammenligne van der Waals-isotermen og den eksperimentelle isoterm. I fig. 3 er det vandrette snit af den eksperimentelle isoterm vist som en ret linje BF. Del AB beskriver stoffets gasformige tilstand og falder tilfredsstillende sammen med den eksperimentelle isoterm. FG-delen beskriver den isotermiske kompression af en væske. Van der Waals-ligningen beskriver således relativt godt et stofs opførsel i gasformige og flydende tilstande under en isoterm proces.
Isotermer adskiller sig væsentligt i afsnit BF . Men grene BC og EF har en vis fysisk betydning. Stoffets tilstande repræsenteret af BC-regionen kan opnås eksperimentelt. Dette er overmættet eller underkølet damp. Tilstande af stof svarende til regionen EF observeres også eksperimentelt. Væsken i sådanne tilstande kaldes overophedet. Disse tilstande kaldes metastabile. En del af van der Waals isoterm CDE observeres aldrig i eksperimenter. Den beskriver materiens ustabile tilstand.
§ 3. Kritisk temperatur. Kritisk tilstand.
Lad os konstruere en familie af van der Waals isotermer (fig. 4). Med stigende temperatur vil kurverne blive placeret længere fra origo, og deres karakter vil ændre sig. Maksima og minima vil komme tættere på både langs abscissen og ordinataksen, og ved en bestemt temperatur vil de smelte sammen til et punkt, bøjningspunktet. Ved denne temperatur og det tryk, der svarer til dette punkt, bliver de tre rigtige rødder multipla. Forskellen mellem væske og damp og grænsefladen mellem dem forsvinder. Denne tilstand kaldes kritisk, og temperaturen kaldes kritisk temperatur. Denne temperatur er en karakteristisk egenskab for hvert stof.
Ved hjælp af van der Waals-ligningen er det muligt at udtrykke de kritiske parametre , , gennem stoffets individuelle konstanter og , samt gennem den universelle gaskonstant.
En måde at finde kritiske parametre på er baseret på det faktum, at rødderne til van der Waals-ligningen skrevet for den kritiske tilstand er multipla, det vil sige, at ligningen kan repræsenteres som følger:
Sammenlign med ligning (6)
Denne lighed vil være identisk opfyldt, hvis koefficienterne ved de samme grader er lig med hinanden:
,
, (8)
.
Ved at løse ligningssystemet (8) får vi udtryk for de kritiske parametre:
, 
, 
. (9)
De samme resultater kan opnås på en anden måde. Som allerede nævnt er punktet, der repræsenterer den kritiske tilstand, et vendepunkt på grafen for den isotermiske proces i koordinater , . Vi bruger ligning (3), som bestemmer trykket som funktion af volumen ved en fast temperatur. Fra forløbet af matematisk analyse er det kendt, at ved bøjningspunktet er den første og anden afledede lig med nul:
(10)
(11)
Løsning af ligningssystemet (3), (10), (11) for , , får vi de samme relationer (9) for dem.
Efter at have bestemt de kritiske parametre eksperimentelt, er det muligt at finde de individuelle konstanter for stoffet og .
, . (12)
Således beskriver van der Waals-ligningen væskers og gassers egenskaber og forudsiger eksistensen af en kritisk tilstand. Den er dog mindre universel end Clapeyron-Mendeleev-ligningen, da den inkluderer to individuelle konstanter af stof og .
II. Beskrivelse af INSTALLATIONEN.
Kendskab til de kritiske parametre er af væsentlig videnskabelig og praktisk interesse. Ved temperaturer over den kritiske temperatur kan et stof kun eksistere i gasform. Den latente fordampningsvarme og overfladespændingskoefficienten ved den kritiske temperatur bliver nul.
Ved at konstruere et system af isotermer baseret på eksperimentelle data (som vist i fig. 2), er det muligt at bestemme den kritiske temperatur og to andre parametre. Denne metode blev først brugt af Andrews til at bestemme de kritiske parametre for kuldioxid. Når du kun skal bestemme den kritiske temperatur, kan du bruge den mindre besværlige metode til at forsvinde menisken. Stoffet, der skal testes, anbringes i en forseglet glasampul og opvarmes. Hvis mængden af væske i ampullen vælges på en sådan måde, at menisken praktisk talt forbliver på plads under opvarmningsprocessen, vil stoffet på et bestemt tidspunkt nå en kritisk tilstand (menisken forsvinder). Når det er afkølet, vises det igen, og stoffet adskilles i to faser. Den temperatur, hvor menisken vises og forsvinder, vil være den kritiske temperatur.
Bestemmelsen af den kritiske temperatur udføres på en installation, hvis diagram er vist i fig.
En illuminator 1 og en termostat 2 er monteret på et fælles stativ, hvori der er anbragt en speciel mikropresse 3 med det undersøgte stof. I bunden af lysboksen er der to vippekontakter: den ene tænder lysboksen, den anden tænder for varmelegemerne 4 på termostaten. Termostattemperaturen styres ved hjælp af to Chromel-Copel termoelementer forbundet i serie. Termoelementernes 5 arbejdsforbindelser er placeret i umiddelbar nærhed af mikropressen. Termisk e.m.f. målt med et digitalt voltmeter 6.
Strukturen af en mikropresse, som strukturelt kombinerer et arbejdskammer og en miniaturepresse, er vist i fig. 6. Pressens arbejdsvolumen er volumen af et tyndt glasrør 1, som placeres i presselegemet 2. I begge ender er glasrøret hermetisk forseglet med skruer 3 og 4 med fluoroplastiske tætninger 5. Inde i skruen 4, et stempel 6 kan bevæge sig langs gevindet og således ændre arbejdsvolumenet. Visuel observation af ændringer i stoffets tilstand udføres gennem visningsspalter i presselegemet og i termostathuset.
III. MÅLING. BEHANDLING AF MÅLERESULTATER.
Under laboratoriearbejde er det nødvendigt at kalibrere termoelementer og konstruere en kalibreringskurve. For at gøre dette skal du først tænde for voltmeteret, og derefter tænde termostatvarmerne efter 20-30 minutter. I stedet for en mikropresse placeres et kviksølvtermometer med et måleområde fra 0°C til 350°C i termostaten. Når temperaturen stiger, er det nødvendigt at registrere aflæsningerne af voltmeteret og termometeret igennem Dt=20°С. Derefter skal du tænde for opvarmningen af termostaten og registrere de tilsvarende aflæsninger, når den afkøles. Præsenter de endelige kalibreringsresultater i form af en graf: voltmeteraflæsningerne i millivolt er plottet lodret U , vandret forskellen mellem termostattemperaturen og rumtemperaturen. Det er nødvendigt at tage nøjagtigt temperaturforskellen, da de "kolde" kryds af termoelementer er ved stuetemperatur.
Efter kalibrering fyldes mikropressen med teststoffet fra siden af skrue 3 ved hjælp af en sprøjte. I dette tilfælde skal stemplet indsættes i glasrøret til det passende mærke, ca. 3/4 af længden. Dernæst skal du lukke pressen med skrue 3 med en tætning, så der ikke kommer luftbobler ind i glasrøret. Skruer 3 og 4 skal spændes godt til. Herefter kan stemplet fjernes fra glasrøret på en sådan måde, at den resulterende gasfase optager omtrent samme volumen som væskefasen. Herefter sættes pressen i termostaten, så stempelhåndtaget er øverst udenfor termostaten, og der tændes for varmen.
Under opvarmningsprocessen er det nødvendigt at overvåge meniskens position, bevæge stemplet i en eller anden retning og ikke tillade det at forlade synsfeltet. Ved en vis temperatur skulle menisken forsvinde. Dette er en kritisk temperatur. Et stof i en kritisk tilstand spreder intensivt lys og bliver uklar hvidt og uigennemsigtigt. I denne installation strækker mikropressedelene sig ud over termostaten, der sker en intens varmefjernelse gennem dem.Derfor er temperaturen i glasrøret uensartet, og en kritisk tilstand kan kun opnås i den nederste del af røret. Dette er, hvad der observeres i eksperimentet. I dette tilfælde kan en grænseflade mellem to faser observeres i den øvre del af røret.
Under drift er det nødvendigt at måle den temperatur, ved hvilken intens lysspredning af stoffet begynder i den nederste del af glasrøret. Varmerne skal derefter slukkes, og temperaturen, hvorved denne spredning forsvinder, skal måles. Udfør lignende målinger flere gange, og tag gennemsnitsværdien som den kritiske temperatur.
Tabel 1.
Baseret på resultaterne af måling af den kritiske temperatur. og ved hjælp af dataene i tabel 1 for det kritiske tryk beregnes van der Waals konstanterne for det undersøgte stof.
KONTROLSPØRGSMÅL
1) Hvorfor blev konstanter indført i van der Waals ligning?
2) Sammenlign systemet med rigtige isotermer og van der Waals isotermsystem.
3) Hvordan ændres mætningstrykket ved temperaturændringer?
4) Tal om to metoder til at udlede formler for kritiske parametre.
5) Skriv den reducerede van der Waals-ligning.
6)
Formuler loven for tilsvarende stater.
LITTERATUR.
1) A.K.Kikoin, I.K.Kikoin. Molekylær fysik. Forlaget "Science", 1976, s. 208-237.
2) D.V. Sivukhin. Almen fysik kursus. T.P., udg. "Science", 1976, s. 371-399.