2. Яку температуру називають критичною?
Критична температура - температура, за якої провідники переходять у надпровідний стан.3. Який ефект називають ізотопічним? Чому ізотопічний ефект є ключем до пояснення надпровідності?
Ізотопічний ефект полягає в тому, що квадрат температури обернено пропорційний масі іонів в кристалічній решітці. Це означає, що при критичній температурі структура кристалічної решітки надпровідника дуже впливає на рух електронів - сили тяжіння між електронами, що виникають, перевищують кулонівські сили відштовхування.4. Чим відрізняється характер руху електронів у надпровіднику від їхнього руху у провіднику? Як механічно можна промоделювати рух куперівських пар у надпровіднику?
У провіднику електрони рухаються незалежно друг від друга, а надпровіднику (при критичної температурі) їх руху взаємопов'язані. Якщо рух електронів у провіднику ми порівнювали з потоком кульок, що скочується похилою площиною і натикається на штирі, то рух електронів у надпровіднику можна представити як рух похилої площини, але попарно кульок пов'язаних пружинами.5. Чому надпровідність зникає при температурі вище критичної? Чим пояснюється перспективність розробок високотемпературних надпровідників?
За температур більше критичної електрони знову починають рухатися хаотично, куперовські пари руйнуються. Перспективність розробок високотемпературних надпровідників дозволить зменшити втрати енергії під час передачі великі відстані, збільшити швидкодію комп'ютерів.Температура тіла - один із найважливіших факторів, які необхідні для обміну речовин. Вона є показником стану організму та змінюється залежно від впливу зовнішніх та внутрішніх факторів. При поганому самопочутті та появі критичної температури необхідно терміново звернутися до спеціалізованої установи. Адже це може бути провісником багатьох захворювань.
Чинники, що впливають на температуру тіла
Змінюється через вплив різних факторів як навколишнього середовища, так і внутрішніх особливостей організму, наприклад:
Підгостра.
хронічна.
Час доби. Температура дуже часто змінюється через зміну доби. У зв'язку з цим вранці температура тіла може бути трохи зниженою (на 0,4-0,7 градусів), але не нижче, ніж +35,9°С. А надвечір температура навпаки може трохи підвищуватися (на 0,2-0,6 градусів), але не вище, ніж +37,2°С.
Вік. У дітей температура найчастіше вища, ніж 36,6 градусів, а у дорослих людей, старших 60-65 років, звичайна температура знижується.
Стан здоров'я. Якщо в людини інфекція, то температура (для боротьби з нею) підвищується.
Вагітність. У вагітних на ранніх термінах температура не повинна опускатися нижче за 36 градусів і підніматися вище за 37,5 градусів.
Індивідуальні особливості організму.
Вплив довкілля.
Класифікація температури тіла
Якщо проаналізувати різні показання термометра, температуру можна поділити на кілька видів та класифікацій.
Види температури за однією із класифікацій (за рівнем гіпертермії):
Низька та знижена. Значення на термометрі нижче за 35°С.
Нормальна. Значення на термометрі не більше 35-37°С.
Субфебрильна. Значення на термометрі не більше 37-38°С.
Фебрильна. Значення на термометрі не більше 38-39°С.
Піретична. Значення на термометрі не більше 39-41°С.
Гіперпіретична. Значення на термометрі вище за 41°С.
Поділ температури залежно від тривалості:
Ще одна класифікація видів температури:
Гіпотермія – низька температура тіла (менше 35 ° С).
Нормальна температура. Цей вид температури тіла коливається між відміткою в 35-37 ° С і змінюється від багатьох факторів, про які йшлося вище.
Гіпертермія – підвищена температура тіла (понад 37°С).
Температура тіла у межах норми
Середній показник температури тіла, як було зазначено вище, може змінюватися під впливом різних чинників. Її можна вимірювати не тільки в пахвових западинах, а й у роті, у порожнині вуха, прямій кишці. Залежно від цього дані на термометрі можуть відрізнятися, значення критичних температур будуть набагато вищими або нижчими за норми, представлені тут.
У роті показання термометра будуть вищими на 0,3-0,6°С, ніж при вимірі в пахвових западинах, тобто тут нормою вважатиметься показник 36,9-37,2°С. У прямій кишці показання термометра будуть вищими на 0,6-1,2°С, тобто норма - 37,2-37,8°С. У порожнині вуха показання термометра будуть такими ж, як у прямій кишці, тобто 372-378°С.
Ці дані не можна вважати точними для кожної людини. За даними багатьох досліджень, такі показники зустрічаються у більшості людей - це приблизно 90%, але у 10% людей нормальна температура тіла відрізняється від більшості, і показники можуть коливатися у більшу чи меншу сторону.
Щоб дізнатися, яка температура є нормою, потрібно вимірювати і записувати показання протягом дня: вранці, в обід і ввечері. Після всіх вимірів потрібно знайти середнє арифметичне всіх показників. Для цього потрібно ранкові, денні та вечірні показники скласти та розділити на 3. Отримане число є нормальною середньою температурою тіла для певної людини.
Критична температура тіла
Критичною може стати як сильно знижена, так і сильно підвищена. Висока температура у людей проявляється набагато частіше за низьку. При зниженні температури до 26-28 ° С з'являється дуже великий ризик того, що людина впаде в кому, з'являться проблеми з диханням і серцем, але ці цифри індивідуальні, оскільки є безліч підтверджених історій про те, як після сильного переохолодження до 16-17 °З людям вдалося вижити. Наприклад, історія, в якій йдеться про те, що людина провела близько п'яти годин у величезному кучугурі без шансу вибратися і вижити, її температура знизилася до 19 градусів, але її змогли врятувати.
Низька температура тіла
Кордоном зниженої температури вважається температура нижче, ніж 36 градусів, або від 0,5 до 1,5 градусів нижче індивідуальної температури людини. А межею низької температури вважається та температура, яка нижче більш ніж на 1,5°С від нормальної.
Причин зниження температури багато, наприклад знижений імунітет, тривале перебування на морозі, а тому переохолодження тіла, хвороби щитовидки, стреси, отруєння, хронічні захворювання, запаморочення і навіть банальна втома.
Якщо температура тіла знизилася до 35°С, необхідно терміново викликати швидку допомогу, т.к. цей показник у більшості випадків є критичним та можуть виникнути незворотні наслідки!
Яка критична температура має насторожити?
Температура, яка починається з позначки 37 градусів, вважається субфертильною і найчастіше свідчить про наявність в організмі запалень, інфекцій та вірусів. Температуру від 37 до 38 градусів не можна збивати з допомогою препаратів,т.к. в організмі відбувається боротьба між здоровими клітинами та хвороботворними.
Є безліч симптомів, які свідчать про підвищення температури, наприклад: слабкість, швидка стомлюваність, озноб, головний біль і м'язи, втрата апетиту і пітливість. На них варто звертати особливу увагу, щоб не допустити підвищення температури до 38,5 градусів.
Критичною температурою тіла є показник 42°С, а в більшості випадків відмітка 40 градусів вже призводить до летального результату. Висока температура призводить до незворотних наслідків у головному мозку, порушується обмін речовин у тканинах мозку.
У такому разі при підвищенні температури вище 38,5 градусів важливий постільний режим, прийом жарознижувальних та обов'язкове звернення до лікаря або дзвінок швидкої допомоги! Щоб запобігти летальному исходу при дуже високій або низькій температурі не займайтеся самолікуванням, а завжди звертайтеся до лікаря, який зможе правильно визначити причину такої температури, поставити діагноз і призначити правильне та дієве лікування!
Якщо деяку кількість рідини помістити в закриту посудину, то частина рідини випарується і над рідиною буде насичена пара. Тиск, отже, і щільність цієї пари залежить від температури. Щільність пари зазвичай значно менша за щільність рідини при тій же температурі. Якщо підвищити температуру, то щільність рідини зменшиться (§ 198), тиск і щільність насиченої пари зростуть. У табл. 22 наведено значення щільності води та насиченої водяної пари для різних температур (а отже, і для відповідних тисків). На рис. 497 ці дані наведені у вигляді графіка. Верхня частина графіка показує зміну густини рідини залежно від її температури. При підвищенні температури густина рідини зменшується. Нижня частина графіка показує залежність щільності насиченої пари від температури. Щільність пари збільшується. При температурі, що відповідає точці , щільності рідини та насиченої пари збігаються.
Мал. 497. Залежність щільності води та її насиченої пари від температури
Таблиця 22. Властивості води та її насиченої пари при різних температурах
|
Температура, |
Тиск насиченої пари, |
Щільність води, |
Щільність насиченої пари, |
Питома теплота пароутворення, |
З таблиці видно, що чим вище температура, тим менша різниця між щільністю рідини та щільністю її насиченої пари. За деякої температури (у води при ) ці щільності збігаються. Температуру, при якій щільності рідини та її насиченої пари збігаються, називають критичною температурою даної речовини. На рис. 497 їй відповідає точка. Тиск, що відповідає точці, називають критичним тиском. Критичні температури різних речовин сильно відрізняються між собою. Деякі їх наведено у табл. 23.
Таблиця 23. Критична температура та критичний тиск деяких речовин
|
Речовина |
Критична температура, |
Критичний тиск, атм |
Речовина |
Критична температура, |
Критичний тиск, атм |
|
Вуглець газ |
|||||
|
Кисень |
|||||
|
Спирт етиловий |
|||||
На що вказує існування критичної температури? Що буде за ще більш високих температур?
Досвід показує, що при температурах, вищі за критичну, речовина може перебувати тільки в газоподібному стані. Якщо ми будемо зменшувати обсяг, зайнятий парою, при температурі вище критичної, то тиск пари зростає, але він не стає насиченим і продовжує залишатися однорідним: хоч би як великий тиск, ми не виявимо двох станів, розділених різким кордоном, як це завжди спостерігається при нижчих температурах внаслідок конденсації пари. Отже, якщо температура якої-небудь речовини вище критичної, то рівновага речовини у вигляді рідини і пари, що стикається з нею, неможливо ні при якому тиску.
Критичний стан речовини можна спостерігати за допомогою приладу, зображеного на рис. 498. Він складається із залізної коробки з вікнами, яку можна нагрівати вище («повітряна лазня»), і скляної ампули з ефіром, що знаходиться всередині лазні. При нагріванні лазні меніск в ампулі піднімається, стає більш плоским і зникає, що і свідчить про перехід через критичний стан. При охолодженні лазні ампула раптово каламутніє внаслідок утворення безлічі дрібних крапель ефіру, після чого ефір збирається в нижній частині ампули.
Мал. 498. Прилад спостереження критичного стану ефіру
Як очевидно з табл. 22, у міру наближення до критичної точки питома теплота пароутворення стає дедалі менше. Це тим, що з підвищенні температури зменшується відмінність внутрішніх енергій речовини у рідкому і пароподібному станах. Справді, сили зчеплення молекул залежить від відстаней між молекулами. Якщо щільності рідини та пари відрізняються мало, то мало відрізняються і середні відстані між молекулами. Отже, при цьому мало відрізнятимуться і значення потенційної енергії взаємодії молекул. Друге доданок теплоти пароутворення - робота проти зовнішнього тиску - теж зменшується в міру наближення до критичної температури. Це випливає з того, що чим менша відмінність у щільності пари і рідини, тим менше розширення, що відбувається при випаровуванні, і, отже, тим менша робота, що здійснюється при випаровуванні.
На існування критичної температури вперше вказав у 1860р. Дмитро Іванович Менделєєв (1834-1907), російський хімік, який відкрив основний закон сучасної хімії – періодичний закон хімічних елементів. Великі досягнення у вивченні критичної температури має англійський хімік Томас Ендрюс, який зробив докладне вивчення поведінки вуглекислоти при ізотермічній зміні займаного нею обсягу. Ендрюс показав, що при температурах нижче в замкнутій посудині можливе співіснування вуглекислоти в рідкому та газоподібному станах; при температурах вище таке співіснування неможливе і вся посудина наповнена тільки газом, як би не зменшувати його обсяг.
Після відкриття критичної температури стало зрозуміло, чому довго не вдавалося перетворити на рідину такі гази, як кисень чи водень. Їхня критична температура дуже низька (табл. 23). Щоб перетворити ці гази на рідину, їх потрібно охолодити нижче критичної температури. Без цього всі спроби їхнього зрідження приречені на невдачу.
Температура тіла- показник теплового стану організму людини або іншого живого організму, який відображає співвідношення між виробленням тепла різних органів і тканин та теплообміном між ними та зовнішнім середовищем.
Температура тіла залежить від:
- Вік;
- часу доби;
- Вплив на організм навколишнього середовища;
- Стану здоров'я;
- вагітності;
- Особливостей організму;
— інших факторів, які ще не з'ясовані.
Види температури тіла
Залежно від показань термометра виділяють такі види температури тіла:
- менше 35 ° С;
- 35 ° С - 37 ° С;
— Субфебрильна температура тіла: 37 ° С - 38 ° С;
— Фебрильна температура тіла: 38 ° С - 39 ° С;
— Піретична температура тіла: 39 ° С - 41 ° С;
— Гіперпіретична температура тіла:вище за 41°С.
За іншою класифікацією виділяють такі різновиди температури тіла (стану організму):
— Гіпотермія.Температура тіла опускається нижче за 35°С;
— Нормальна температура.Температура тіла знаходиться в проміжку від 35 ° С до 37 ° С (у стані організму, віку, статі, моменту вимірювання та інших факторів);
— Гіпертермія.Температура тіла піднімається вище за 37°С;
— Гарячка.Підвищення температури тіла, яке на відміну гіпотермії відбувається за умов збереження механізмів терморегуляції організму.
Знижена температура тіла зустрічається рідше, ніж підвищена або висока, проте вона також досить небезпечна для життя людини. Якщо температура тіла знижується до 27°С і нижче, є ймовірність потрапляння людини в кому, хоча трапляються випадки, коли люди виживали при температурі до 16°С.
Зниженою вважається температурадорослої здорової людини нижче 36,0°C. В інших випадках, зниженою температурою слід вважати температуру, яка на 0,5°С – 1,5°С нижче за Вашу нормальну температуру.
Низькою вважається температура тіла, яка нижче більш ніж на 1,5 ° С від нормальної температури Вашого тіла, або якщо Ваша температура опустилася нижче 35 ° С (гіпотермія). І тут необхідно терміново викликати лікаря.
Причини зниженої температури:
- слабкий імунітет;
- сильне переохолодження;
- Наслідок перенесеної хвороби;
- хвороби щитовидної залози;
- лікарські засоби;
- знижений гемоглобін;
- гормональний дисбаланс
- Внутрішні кровотечі;
- отруєння
- Втома та ін.
Основними та найчастішими симптомами зниженої температури є занепад сил і .
Нормальна температура тіла, як відзначають багато фахівців, в основному залежить від віку та часу доби.
Розглянемо значення верхньої межі нормальної температури тіла у людей різного віку, якщо вимірювати її під пахвою:
— нормальна температура у новонароджених: 36,8 ° С;
— нормальна температура у 6 місячних немовлят: 37,4 ° С;
— нормальна температура у 1 річних дітей: 37,4 ° С;
— нормальна температура у 3 річних дітей: 37,4 ° С;
— нормальна температура у 6 літніх дітей: 37,0 ° С;
— нормальна температура у дорослих: 36,8 ° С;
— нормальна температура у дорослих старше 65 років: 36,3 ° С;
Якщо міряєте температуру не під пахвами, то показання термометра (градусника) відрізнятимуться:
- У роті - більше на 0,3-0,6 ° С;
- У порожнині вуха - більше на 0,6-1,2 ° С;
- У прямій кишці - більше на 0,6-1,2°С.
Варто зазначити, що наведені вище дані засновані на дослідженні 90% пацієнтів, але в той же час, у 10% спостерігається температура тіла, яка відрізняється у більшу або меншу сторону, і при цьому, вони абсолютно здорові. У таких випадках для них це також є нормою.
В цілому, коливання температури у більшу або меншу сторону від норми, більш ніж на 0,5-1,5 ° С є реакцією на порушення в роботі організму. Іншими словами – це знак, що організм розпізнав хворобу та почав із нею боротися.
Якщо Ви бажаєте дізнатися точний показник Вашої нормальної температури, зверніться до лікаря. Якщо такої можливості немає, то зробіть це самим. Для цього необхідно протягом декількох днів, коли Ви чудово почуваєтеся зробити вимірювання температури, вранці, вдень і ввечері. Показання термометра запишіть у зошит. Потім окремо складіть усі показники ранкових, денних та вечірніх вимірів та поділіть суму на кількість вимірів. Середнє значення і буде Вашою нормальною температурою.
Підвищена та висока температура тіла ділиться на 4 види:
— Субфебрильна: 37°С - 38°С.
— Фебрильна: 38°С - 39°С.
— Піретична: 39°С - 41°С.
— Гіперпіретична:вище за 41°С.
Максимальна температура тіла, що вважається критичною, тобто. за якої людина вмирає - 42°С. Вона небезпечна тим, що в тканинах головного мозку порушується обмін речовин, що практично умертвляє весь організм.
Причини високої температури може вказати лише лікар. Найбільш частими причинами є віруси, бактерії та інші сторонні мікроорганізми, які проникають у тіло через опіки, порушення, повітряно-краплинним шляхом та ін.
Симптоми підвищеної та високої температури
— Вперше температура людського тіла (оральна температура) була виміряна в Німеччині 1851 року за допомогою одного з перших зразків ртутних термометрів, що з'явилися.
— Найнижча температура тіла 14,2 °C у світі зафіксована 23 лютого 1994 року у 2-річної канадської дівчинки, яка провела 6 годин на морозі.
— Найвищу температуру тіла було зареєстровано 10 липня 1980 року в лікарні в місті Атланті, США у 52-річного Віллі Джонса, який отримав тепловий удар. Температура його дорівнювала 46,5 °C. З лікарні пацієнта було виписано через 24 дні.
ТЮМЕНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА МОЛЕКУЛЯРНОЇ ФІЗИКИ
ВИЗНАЧЕННЯ КРИТИЧНОЇ ТЕМПЕРАТУРИ
I.Коротка теорія
§ 1.Реальні гази.
Рівняння стану Клапейрона – Менделєєва досить добре описує відомі з дослідів властивості газів. Однак, воно є наближеним і виявляється справедливим лише за досить малих тисків. З іншого боку досвід показує, що з певних значеннях тиску і температури гази конденсується, тобто. приходять у рідкий стан. Рівняння Клапейрона – Менделєєва це явище не описує. Ізотерма для реального газу має характерний вигляд (рис. 1).
Розглянемо процес, який відповідає цьому графіку, проведений у напрямку ABCD. Частина ізотерми AB визначає процес стиснення газу до початку конденсації. Вона досить добре може збігатися з ізотермою, розрахованою за рівнянням Клапейрона-Менделєєва (зображена пунктиром). Однак у процесі, проведеному з реальною речовиною, при певному тиску почнеться конденсація (точка B на графіку). Цей тиск називають тиском насиченої пари або просто тиском насичення.
Частина графіка BC визначає двофазний стан речовини. При зменшенні об'єму до все більша частка речовини переходить з пароподібного стану в рідке. Точка C зображує стан, коли вся речовина перетворилася на рідину. Нарешті, CD описує процес стиснення рідини, графік йде майже паралельно до вертикальної осі, відображаючи відомий факт: рідини мають набагато меншу стисливість, ніж гази.
Якщо проводити подібні ізотермічні процеси з тим самим кількістю речовини за різних температур, ми отримаємо систему ізотерм, зображену на рис.2.
Криві, що відповідають вищим температурам, розташовуються далі від початку координат. З підвищенням температури горизонтальні частини ізотерм, що описують двофазний стан, зменшуються і за певної температури вироджуються в одну єдину точку. Ця температура називається критичною.
При температурі вище критичної не можна отримати речовину у двофазному стані.
§ 2. Рівняння Ван-дер-Ваальса. Ізотерми Ван-дер-Ваальса.
Рівняння стану ідеального газу при великих щільностях не може дати хорошого збігу з експериментом, оскільки при його написанні передбачалося, що молекули не мають розмірів і не взаємодіють між собою. Щоб отримати рівняння стану, що задовільно описує властивості реальних газів, треба врахувати розміри молекул або сили відштовхування, що виникають між молекулами, що знаходяться на малих відстанях один від одного. Крім того, треба врахувати також і сили тяжіння між молекулами.
Можна взяти за основу рівняння стану Клапейрона – Менделєєва та внести до нього відповідні поправки. Облік сил відштовхування або розмірів молекул зробимо, ввівши поправку до обсягу рівняння Клапейрона - Менделєєва одного кіломолю газу
(1)
(2)
З другого виразу видно, що з тиск прагне нескінченності, тобто. не можна стиснути речовину до обсягу, що дорівнює нулю.
При порівняно великих відстанях між молекулами істотну роль відіграють сили тяжіння. Їх можна врахувати, ввівши відповідну поправку до тиску в рівнянні (2):
(3)
Цю поправку необхідно взяти з негативним знаком, вважаючи, що тяжіння молекул призводить до зменшення тиску на стінки судини, що містить даний газ. Рівняння (3) можна перетворити так:
(4)
Це і є рівняння стану реальних газів, вперше отримане Ван-дер-Ваальсом. Можна записати його для довільної кількості речовини:
(5)
де відносна молекулярна маса.
Рівняння (4) можна подати у вигляді статечного ряду за обсягом:
(6)
При фіксованих тиску і температурі воно буде рівняння третього ступеня щодо обсягу і повинно мати три корені. Найцікавіші результати виходять під час аналізу ізотерм Ван-дер-Ваальса, одна у яких зображена, на рис.3.
При фіксованій температурі кожному значенню тиск відповідатиме три кореня рівнянні (6). Тиску відповідають три речові корені , , . Тисків і відповідають один речовий корінь і два комплексно сполучені корені, які фізичного сенсу не мають і надалі розглядатися не будуть.
Цікаво зіставити ізотерму Ван-дер-Ваальса та досвідчену ізотерму. На рис.3 горизонтальну ділянку дослідної ізотерми зображено прямий BF. Частина AB описує газоподібний стан речовини та задовільно збігається з дослідною ізотермою. Частина FG описує ізотермічний стиск рідини. Таким чином, рівняння Ван-дер-Ваальса порівняно непогано описує поведінку речовини в газоподібному та рідкому станах при ізотермічному процесі.
Істотерми відрізняються на ділянці BF . Однак гілки BC і EF мають певний фізичний зміст. Стан речовини, що зображується ділянкою BC, можуть бути експериментально отримані. Це - пересичена або переохолоджена пара. Стан речовини, що відповідають ділянці EF також спостерігаються на досвіді. Рідина у таких станах називається перегрітою. Ці стани називають метастабільними. Частина ізотерми Ван-дер-Ваальса CDE у дослідах ніколи не спостерігається. Вона визначає нестабільний стан речовини.
§ 3. Критична температура. Критичний стан.
Побудуємо сімейство ізотерм Ван-дер-Ваальса (рис.4). Зі збільшенням температури криві будуть розташовуватися далі від початку координати і характер їх змінюватиметься. Максимуми і мінімуми зближуватимуться як по осі абсцис, так і по осі ординат, і при деякій температурі зіллються в одну точку, точку перегину. При цій температурі і відповідному даній точці тиск три речовинних кореня стають кратними. Різниця між рідиною та парою та межа поділу між ними зникають. Такий стан називають критичним, а температуру – критичною температурою. Ця температура є характерною властивістю кожної речовини.
Використовуючи рівняння Ван-дер-Ваальса, можна виразити критичні параметри через індивідуальні константи речовини і через універсальну газову постійну .
Один спосіб знаходження критичних параметрів полягає в тому, що коріння рівняння Ван-дер-Ваальса, написаного для критичного стану, є кратними, тобто рівняння можна так:
Порівняємо з рівнянням (6)
Ця рівність тотожно виконуватиметься, якщо коефіцієнти, при однакових ступенях, будуть рівні між собою:
,
, (8)
.
Вирішуючи систему рівнянь (8), отримаємо вирази для критичних параметрів:
, 
, 
. (9)
Ці результати можна отримати іншим шляхом. Як зазначалося, точка, що зображує критичний стан, є точкою перегину графіку ізотермічного процесу координатах , . Використовуємо рівняння (3), що визначає тиск як функції об'єму при фіксованій температурі. З курсу математичного аналізу відомо, що в точці перегину перша та друга похідні дорівнюють нулю:
(10)
(11)
Вирішуючи систему рівнянь (3), (10), (11) щодо , , отримаємо їм самі співвідношення (9).
Визначивши експериментально критичні параметри, можна знайти індивідуальні константи речовини та .
, . (12)
Таким чином, рівняння Ван-дер-Ваальса описує властивості рідин та газів, що передбачає існування критичного стану. Однак, воно є менш універсальним, ніж рівняння Клапейрона-Менделєєва, так як до нього входять дві індивідуальні константи речовини і .
ІІ. Опис УСТАНОВКИ.
Знання критичних параметрів , , представляє значний науковий та практичний інтерес. При температурі вище критичної речовини може існувати тільки в газоподібному стані. Прихована теплота пароутворення та коефіцієнт поверхневого натягу при критичній температурі перетворюються на нуль.
Побудувавши на основі експериментальних даних систему ізотерм (як показано не Рис2), можна визначити критичну температуру та два інші параметри. Цей метод був вперше застосований Ендрюсом щодо критичних параметрів вуглекислого газ. При визначенні критичної температури можна скористатися менш громіздким методом зникнення меніска. Досліджувана речовина міститься в запаяну скляну ампулу і нагрівається. Якщо кількість рідини в ампулі підібрано таким чином, що в процесі нагрівання меніск практично залишається на місці, то певний момент речовина досягне критичного стану (меніск при цьому зникне). При охолодженні знову з'явиться і речовина розділиться на дві фази. Температура, за якої з'являється і зникає меніск і буде критичною температурою.
Визначення критичної температури здійснюється на установці, схема якої зображена не рис.5.
На загальній підставці змонтовані освітлювач 1 і термостат 2, який міститься спеціальний мікропрес 3 з досліджувані речовиною. У нижній частині корпусу освітлювача є два тумблера: одним включається освітлювач, іншим нагрівачі 4 термостаті. Температура термостата контролюється за допомогою двох хромель-копелевих термопар, включених послідовно. Робочі спаї термопар 5 поміщаються у безпосередній близькості до мікропресу. Термо-е.д.с. вимірюється з допомогою цифрового вольтметра 6.
Пристрій мікропресу, що поєднує в собі конструктивно робочу камеру та мініатюрний прес, показано на рис.6. Робочим об'ємом іікропресу є обсяг тонкої скляної трубки 1, яка поміщається в корпус преса 2. З обох торців скляна трубка герметично закривається гвинтами 3 і 4 з фторопластовими ущільненнями 5. Всередині гвинта 4 по різьбі може переміщатися таким чином. Візуальне спостереження за зміною стану речовини проводиться через оглядові щілини у корпусі преса та у корпусі термостаті.
ІІІ. ВИМІРЮВАННЯ. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ.
У процесі виконання лабораторної роботи необхідно провести градуювання термопар та побудову градувальної кривої. Для цього попередньо включити вольтметр, а потім, через 20-30 хвилин, увімкнути нагрівачі термостата. Замість мікропреса в термостат міститься ртутний термометр з межами вимірювання від 0°С до 350°С. У процесі підвищення температури необхідно записувати показання вольтметра та термометра через Dt=20°С. Потім треба включити нагрівання термостата і записати відповідні показання під час остигання. Остаточні результати градуювання подати у вигляді графіка: по вертикалі відкладаються показання вольтметра в мілівольтах U , по горизонталі різниця між температурою термостата та кімнатною температурою. Необхідно брати саме різницю температур, оскільки холодні спаї термопар знаходяться при кімнатній температурі.
Після проведення градуювання заповнити мікропрес досліджуваним речовиною з боку 3 гвинта за допомогою шприца. Поршень при цьому повинен бути введений у скляну трубку до відповідної позначки приблизно на 3/4 довжини. Далі необхідно гвинтом 3 з ущільненням закрити прес так, щоб у скляну трубку не потрапив пляшечку повітря. Гвинти 3 та 4 треба міцно закрутити. Після цього поршень можна вивести зі скляної трубки таким чином, щоб газоподібна фаза, що утворилася при цьому, займала приблизно такий же обсяг, як і рідка. Потім прес поміщають термостат так, щоб рукоятка поршня знаходилася зверху за межами термостата і включають нагрівання.
У процесі нагрівання необхідно стежити за положенням меніскаї, переміщуючи поршень, у той чи інший бік, не давати йому піти з поля зору. За певної температури меніск повинен зникнути. Це критична температура. Речовина в критичному стані інтенсивно розсіює світло і стає каламутно-білою, непрозорою. У цій установці деталі мікропресу виходять за межі термостата, через них відбувається інтенсивне тепловідведення, Тому температура в скляній трубці неоднорідна, і критичний стан може бути отримано тільки в нижній частині трубки. І це спостерігається в експерименті. У верхній частині трубки може спостерігатися межа розділу двох фаз.
У процесі роботи необхідно виміряти температуру, при якій у нижній частині скляної трубки розпочнеться інтенсивне розсіювання світла речовиною. Потім нагрівачі необхідно вимкнути та виміряти температуру, при якій це розсіювання зникне. Подібні вимірювання провести кілька рез і як критичну температуру взяти середнє значення.
Таблиця 1.
За результатами виміру критичної температури. і використовуючи дані таблиці 1 для критичного тиску, розрахувати константи Ван-дер-Ваальса і досліджуваної речовини.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1) Навіщо введені константи й у рівняння Ван-дер-Ваальса?
2) Порівняти систему реальних ізотерм та систему ізотерм Ван-дер-Ваальса.
3) Як змінюється тиск насичення за зміни температури?
4) Розповісти про два методи виведення формул для критичних параметрів.
5) Написати наведене рівняння Ван-дер-Ваальса.
6)
сформулювати закон відповідних станів.
ЛІТЕРАТУРА.
1) А.К.Кікоїн, І.К.Кікоїн. Молекулярна фізика Вид. "Наука", 1976, с.208-237.
2) Д.В.Сівухін. Загальний курс фізики Т.П, вид. "Наука", 1976, с.371-399.