Utegemezi wa shinikizo la mvuke uliojaa kwenye joto. Kuchemsha - Hypermarket ya ujuzi. Uvukizi Uvukizi wa yabisi

Mataifa ya jambo

Je, si mchanganyiko wa ajabu wa maneno? Walakini, hii sio ujinga hata kidogo: mvuke wa chuma na hewa dhabiti zipo kwa asili, lakini sio chini ya hali ya kawaida.

Je, tunazungumzia masharti gani? Hali ya mambo imedhamiriwa na hali mbili: joto na shinikizo.

Maisha yetu yanafanyika katika hali zinazobadilika kidogo. Shinikizo la hewa hubadilika ndani ya asilimia chache kuzunguka angahewa moja; joto la hewa, sema, katika eneo la Moscow liko katika aina mbalimbali kutoka -30 hadi + 30 ° C; katika kiwango cha joto kabisa, ambacho joto la chini kabisa (-273 ° C) linachukuliwa kama sifuri; muda huu utaonekana chini ya kuvutia: 240-300 K, ambayo pia ni ± 10% tu ya thamani ya wastani.

Ni kawaida kabisa kwamba tumezoea hali hizi za kawaida, na kwa hiyo, tunaposema ukweli rahisi kama: "chuma ni imara, hewa ni gesi," nk, tunasahau kuongeza: "chini ya hali ya kawaida."

Iwapo chuma huwashwa, huyeyuka kwanza na kisha huvukiza. Ikiwa hewa imepozwa, itageuka kwanza kuwa kioevu, na kisha kuimarisha.

Hata kama msomaji hajawahi kukutana na mvuke wa chuma na hewa dhabiti, labda ataamini kwa urahisi kuwa dutu yoyote, kwa kubadilisha hali ya joto, inaweza kupatikana katika hali ngumu, kioevu na gesi, au, kama wanasema, katika kioevu ngumu. au awamu za gesi.

Ni rahisi kuamini katika hili kwa sababu dutu moja, bila ambayo maisha duniani haiwezekani, kila mtu aliona wote kwa namna ya gesi, na kama kioevu, na kwa namna ya mwili imara. Kwa kweli, tunazungumza juu ya maji.

Je, ni masharti gani ambayo dutu hubadilika kutoka hali moja hadi nyingine?

Ikiwa tunapunguza thermometer ndani ya maji ambayo hutiwa ndani ya kettle, kurejea jiko la umeme na kufuatilia zebaki ya thermometer, tutaona yafuatayo: karibu mara moja kiwango cha zebaki kitapanda. Tayari ni 90, 95, hatimaye 100°C. Maji huchemka, na wakati huo huo kuongezeka kwa zebaki huacha. Maji yamekuwa yakichemka kwa dakika nyingi, lakini kiwango cha zebaki haibadilika. Mpaka maji yote yachemke, hali ya joto haitabadilika (Mchoro 4.1).

Mchele. 4.1

Joto linakwenda wapi ikiwa hali ya joto ya maji haibadilika? Jibu ni dhahiri. Mchakato wa kugeuza maji kuwa mvuke unahitaji nishati.

Hebu tulinganishe nishati ya gramu ya maji na gramu ya mvuke inayoundwa kutoka kwayo. Molekuli za mvuke ziko mbali zaidi kuliko molekuli za maji. Ni wazi kwamba kwa sababu ya hili, nishati inayowezekana ya maji itatofautiana na nishati inayowezekana ya mvuke.

Nishati inayowezekana ya chembe zinazovutia hupungua kadri zinavyokaribiana. Kwa hiyo, nishati ya mvuke ni kubwa zaidi kuliko nishati ya maji, na mabadiliko ya maji katika mvuke inahitaji nishati. Hii ya ziada ya nishati huwasilishwa na jiko la umeme kwa maji ya moto katika kettle.

Nishati inayohitajika kugeuza maji kuwa mvuke; inayoitwa joto la mvuke. Inachukua kalori 539 kugeuza 1 g ya maji kwenye mvuke (hii ni takwimu ya joto la 100 ° C).

Ikiwa 539 cal inakwenda 1 g, basi 18 * 539 \u003d 9700 cal itatumika kwenye mole 1 ya maji. Kiasi hiki cha joto lazima kitumike ili kuvunja vifungo vya intermolecular.

Unaweza kulinganisha takwimu hii na kiasi cha kazi inayohitajika ili kuvunja vifungo vya intramolecular. Ili kugawanya mole 1 ya mvuke wa maji ndani ya atomi, takriban kalori 220,000 zinahitajika, ambayo ni, mara 25 zaidi ya nishati. Hii inathibitisha moja kwa moja udhaifu wa nguvu zinazofunga molekuli kwa kila mmoja, ikilinganishwa na nguvu zinazounganisha atomi kwenye molekuli.

Kiwango cha kuchemsha cha maji ni 100 ° C; mtu anaweza kufikiria kuwa hii ni mali ya asili ya maji, kwamba maji, popote na chini ya hali gani, yatachemka kila wakati kwa 100 ° C.

Lakini hii sivyo, na wenyeji wa vijiji vya juu vya mlima wanajua vizuri hili.

Karibu na kilele cha Elbrus kuna nyumba ya watalii na kituo cha kisayansi. Waanzizaji wakati mwingine wanashangaa "jinsi vigumu kuchemsha yai katika maji ya moto" au "kwa nini maji ya moto hayawaka." Chini ya hali hizi, wanaambiwa kwamba maji huchemka juu ya Elbrus tayari kwa 82 ° C.

Kuna jambo gani hapa? Ni sababu gani ya mwili inayoingilia uzushi wa kuchemsha? Nini umuhimu wa urefu?

Sababu hii ya kimwili ni shinikizo linalofanya juu ya uso wa kioevu. Huna haja ya kupanda juu ya mlima ili kuangalia uhalali wa kile ambacho kimesemwa.

Kwa kuweka maji yenye joto chini ya kengele na kusukuma hewa ndani au nje yake, mtu anaweza kuwa na hakika kwamba kiwango cha kuchemsha kinaongezeka kwa shinikizo la kuongezeka na huanguka kwa shinikizo la kupungua.

Maji huchemka kwa 100 ° C tu kwa shinikizo fulani - 760 mm Hg. Sanaa. (au 1 atm).

Kiwango cha mchemko dhidi ya curve ya shinikizo imeonyeshwa kwenye tini. 4.2. Juu ya Elbrus, shinikizo ni 0.5 atm, na shinikizo hili linalingana na kiwango cha kuchemsha cha 82 ° C.

Mchele. 4.2

Lakini maji ya kuchemsha kwa 10-15 mm Hg. Sanaa., Unaweza kuburudisha katika hali ya hewa ya joto. Kwa shinikizo hili, kiwango cha kuchemsha kitashuka hadi 10-15 ° C.

Unaweza hata kupata "maji ya kuchemsha", ambayo ina joto la maji ya kufungia. Ili kufanya hivyo, itabidi kupunguza shinikizo hadi 4.6 mm Hg. Sanaa.

Picha ya kuvutia inaweza kuzingatiwa ikiwa utaweka chombo wazi na maji chini ya kengele na kusukuma hewa. Kusukuma maji kutafanya maji kuchemsha, lakini kuchemsha kunahitaji joto. Hakuna mahali pa kuchukua kutoka, na maji yatalazimika kutoa nishati yake. Joto la maji yanayochemka litaanza kushuka, lakini kadiri pampu inavyoendelea, ndivyo shinikizo litakavyokuwa. Kwa hiyo, kuchemsha hakutaacha, maji yataendelea baridi na hatimaye kufungia.

Kuchemsha vile kwa maji baridi hutokea si tu wakati hewa inapopigwa nje. Kwa mfano, wakati propeller ya meli inapozunguka, shinikizo katika safu ya maji inayohamia kwa kasi karibu na uso wa chuma hupungua kwa kasi na maji katika safu hii hupuka, yaani, Bubbles nyingi zilizojaa mvuke huonekana ndani yake. Jambo hili linaitwa cavitation (kutoka kwa neno la Kilatini cavitas - cavity).

Kwa kupunguza shinikizo, tunapunguza kiwango cha kuchemsha. Vipi kuhusu kuiongeza? Grafu kama yetu inajibu swali hili. Shinikizo la atm 15 linaweza kuchelewesha kuchemsha kwa maji, itaanza tu saa 200 ° C, na shinikizo la 80 atm itafanya maji kuchemsha tu kwa 300 ° C.

Kwa hivyo, shinikizo fulani la nje linalingana na kiwango fulani cha kuchemsha. Lakini kauli hii pia inaweza "kugeuka", ikisema hivi: kila kiwango cha kuchemsha cha maji kinalingana na shinikizo lake maalum. Shinikizo hili linaitwa shinikizo la mvuke.

Mviringo unaoonyesha kiwango cha mchemko kama kazi ya shinikizo pia ni mkunjo wa shinikizo la mvuke kama utendaji wa halijoto.

Takwimu zilizopangwa kwenye grafu ya kiwango cha mchemko (au grafu ya shinikizo la mvuke) zinaonyesha kuwa shinikizo la mvuke hubadilika haraka sana kulingana na halijoto. Kwa 0 ° C (yaani, 273 K), shinikizo la mvuke ni 4.6 mm Hg. Sanaa., kwa 100 ° C (373 K) ni sawa na 760 mm Hg. Sanaa, i.e. huongezeka kwa mara 165. Wakati joto linapoongezeka mara mbili (kutoka 0 ° C, yaani 273 K, hadi 273 ° C, yaani 546 K), shinikizo la mvuke huongezeka kutoka 4.6 mm Hg. Sanaa. hadi karibu 60 atm, yaani, karibu mara 10,000.

Kwa hiyo, kinyume chake, kiwango cha kuchemsha kinabadilika badala ya polepole na shinikizo. Wakati shinikizo limeongezeka mara mbili kutoka 0.5 atm hadi 1 atm, kiwango cha kuchemsha huongezeka kutoka 82 ° C (355 K) hadi 100 ° C (373 K) na wakati shinikizo linaongezeka mara mbili kutoka 1 hadi 2 atm, kutoka 100 ° C (373). K) hadi 120°C (393 K).

Mviringo uleule ambao tunazingatia sasa pia hudhibiti ufupishaji (unene) wa mvuke ndani ya maji.

Steam inaweza kubadilishwa kuwa maji kwa kukandamiza au kupoeza.

Wote wakati wa kuchemsha na wakati wa condensation, uhakika hautaondoka kwenye curve hadi ubadilishaji wa mvuke kuwa maji au maji hadi mvuke ukamilike. Hii inaweza pia kutengenezwa kama ifuatavyo: chini ya masharti ya curve yetu, na tu chini ya hali hizi, kuwepo kwa mshikamano wa kioevu na mvuke inawezekana. Ikiwa wakati huo huo hakuna joto linaloongezwa au kuchukuliwa, basi kiasi cha mvuke na kioevu kwenye chombo kilichofungwa kitabaki bila kubadilika. Inasemekana kwamba mvuke na kioevu kama hicho viko katika usawa, na mvuke katika usawa na kioevu chake inasemekana kuwa imejaa.

Mviringo wa kuchemsha na kufidia, kama tunavyoona, ina maana nyingine: ni curve ya usawa ya kioevu na mvuke. Curve ya usawa inagawanya uwanja wa mchoro katika sehemu mbili. Kwa upande wa kushoto na juu (kuelekea joto la juu na shinikizo la chini) ni eneo la hali ya kutosha ya mvuke. Kwa kulia na chini - eneo la hali ya utulivu wa kioevu.

Curve ya usawa ya mvuke-kioevu, yaani, utegemezi wa kiwango cha kuchemsha kwenye shinikizo au, ni nini sawa, shinikizo la mvuke kwenye joto, ni takriban sawa kwa maji yote. Katika baadhi ya matukio, mabadiliko yanaweza kuwa ya ghafla zaidi, kwa wengine - polepole, lakini daima shinikizo la mvuke huongezeka kwa kasi na joto la kuongezeka.

Tumetumia maneno "gesi" na "mvuke" mara nyingi. Maneno haya mawili yanafanana sana. Tunaweza kusema: gesi ya maji ni mvuke wa maji, oksijeni ya gesi ni mvuke wa kioevu cha oksijeni. Hata hivyo, tabia fulani imesitawi katika matumizi ya maneno haya mawili. Kwa kuwa tumezoea kiwango fulani cha joto kidogo, kwa kawaida tunatumia neno "gesi" kwa vitu hivyo ambavyo shinikizo la mvuke kwenye joto la kawaida huwa juu ya shinikizo la anga. Kinyume chake, tunasema juu ya mvuke wakati, kwa joto la kawaida na shinikizo la anga, dutu hii ni imara zaidi kwa namna ya kioevu.

Kuchemsha ni mchakato wa haraka, na kwa muda mfupi hakuna athari ya maji ya moto, inageuka kuwa mvuke.

Lakini kuna jambo lingine la mabadiliko ya maji au kioevu kingine kuwa mvuke - hii ni uvukizi. Uvukizi hutokea kwa joto lolote, bila kujali shinikizo, ambalo chini ya hali ya kawaida daima ni karibu na 760 mm Hg. Sanaa. Uvukizi, tofauti na kuchemsha, ni mchakato polepole sana. Chupa ya cologne tuliyosahau kuifunga itakuwa tupu katika siku chache; muda zaidi o sahani iliyo na maji itasimama, lakini mapema au baadaye itageuka kuwa kavu.

Hewa ina jukumu muhimu katika mchakato wa uvukizi. Kwa yenyewe, haizuii maji kutoka kwa kuyeyuka. Mara tu tunapofungua uso wa kioevu, molekuli za maji zitaanza kuhamia kwenye safu ya karibu ya hewa.

Wiani wa mvuke katika safu hii itaongezeka kwa kasi; baada ya muda mfupi, shinikizo la mvuke litakuwa sawa na tabia ya elasticity ya joto la kati. Katika kesi hii, shinikizo la mvuke litakuwa sawa na kutokuwepo kwa hewa.

Mpito wa mvuke ndani ya hewa haimaanishi, bila shaka, ongezeko la shinikizo. Shinikizo la jumla katika nafasi iliyo juu ya uso wa maji haizidi kuongezeka, sehemu tu katika shinikizo hili ambalo linachukuliwa na mvuke huongezeka, na, ipasavyo, uwiano wa hewa ambayo huhamishwa na mvuke hupungua.

Juu ya maji kuna mvuke iliyochanganywa na hewa, juu kuna tabaka za hewa bila mvuke. Watachanganya bila shaka. Mvuke wa maji utaendelea kuhamia kwenye tabaka za juu, na mahali pake, hewa itapita kwenye safu ya chini, ambayo haina molekuli za maji. Kwa hivyo, katika safu iliyo karibu na maji, mahali patakuwa huru kila wakati kwa molekuli mpya za maji. Maji yataendelea kuyeyuka, kudumisha shinikizo la mvuke wa maji kwenye uso sawa na elasticity, na mchakato utaendelea mpaka maji yamepungua kabisa.

Tulianza na mfano wa cologne na maji. Inajulikana kuwa huvukiza kwa viwango tofauti. Etha huvukiza haraka sana, pombe haraka sana, na maji polepole zaidi. Tutaelewa mara moja ni jambo gani ikiwa tutapata katika kitabu cha kumbukumbu maadili ya shinikizo la mvuke wa vinywaji hivi, sema, kwa joto la kawaida. Hapa kuna nambari: ether - 437 mm Hg. Sanaa., pombe - 44.5 mm Hg. Sanaa. na maji - 17.5 mm Hg. Sanaa.

Elasticity kubwa zaidi, mvuke zaidi katika safu ya karibu ya hewa na kasi ya kioevu hupuka. Tunajua kwamba shinikizo la mvuke huongezeka kwa joto. Ni wazi kwa nini kiwango cha uvukizi huongezeka kwa joto.

Kiwango cha uvukizi kinaweza pia kuathiriwa kwa njia nyingine. Ikiwa tunataka kusaidia uvukizi, lazima tuondoe haraka mvuke kutoka kwenye kioevu, yaani, kuongeza kasi ya kuchanganya hewa. Ndiyo maana uvukizi huharakishwa sana kwa kupiga kioevu. Maji, ingawa yana shinikizo kidogo la mvuke, yatatoweka haraka ikiwa sahani itawekwa kwenye upepo.

Kwa hiyo, inaeleweka kwa nini mwogeleaji anayetoka nje ya maji anahisi baridi katika upepo. Upepo huharakisha kuchanganya hewa na mvuke na, kwa hiyo, huharakisha uvukizi, na joto la uvukizi hulazimika kutoa mwili wa binadamu.

Ustawi wa mtu hutegemea ikiwa kuna mengi au kidogo ya mvuke wa maji katika hewa. Na kavu na hewa ya mvua isiyopendeza. Unyevu huchukuliwa kuwa wa kawaida wakati ni 60%. Hii ina maana kwamba msongamano wa mvuke wa maji ni 60% ya msongamano wa mvuke uliojaa wa maji kwa joto sawa.

Ikiwa hewa yenye unyevu imepozwa, basi hatimaye shinikizo la mvuke wa maji ndani yake litakuwa sawa na shinikizo la mvuke kwenye joto hili. Mvuke utajaa na, kadiri halijoto inavyopungua zaidi, itaanza kuganda ndani ya maji. Umande wa asubuhi, nyasi za unyevu na majani, huonekana kwa sababu tu ya jambo hili.

Katika 20 ° C, wiani wa mvuke wa maji ulijaa ni kuhusu 0.00002 g/cm 3. Tutajisikia vizuri ikiwa hewa ina 60% ya idadi hii ya mvuke wa maji - ambayo inamaanisha tu zaidi ya laki moja ya gramu katika 1 cm 3.

Ingawa takwimu hii ni ndogo, itasababisha kiasi cha kuvutia cha mvuke kwa chumba. Ni rahisi kuhesabu kuwa katika chumba cha ukubwa wa kati na eneo la 12 m 2 na urefu wa m 3, karibu kilo moja ya maji inaweza "kutosha" kwa namna ya mvuke iliyojaa.

Kwa hivyo, ikiwa unafunga vizuri chumba kama hicho na kuweka pipa wazi la maji, basi lita moja ya maji itayeyuka, bila kujali uwezo wa pipa.

Inafurahisha kulinganisha matokeo haya kwa maji na takwimu zinazolingana za zebaki. Kwa joto sawa la 20 ° C, wiani wa mvuke wa zebaki iliyojaa ni 10 -8 g/cm 3.

Katika chumba ambacho tumejadili tu, si zaidi ya 1 g ya mvuke ya zebaki itafaa.

Kwa njia, mvuke wa zebaki ni sumu sana, na 1 g ya mvuke ya zebaki inaweza kuharibu sana afya ya mtu yeyote. Wakati wa kufanya kazi na zebaki, utunzaji lazima uchukuliwe kwamba hata tone ndogo la zebaki halitamwagika.

Jinsi ya kugeuza gesi kuwa kioevu? Grafu inayochemka inajibu swali hili. Unaweza kugeuza gesi kuwa kioevu kwa kupunguza joto au kuongeza shinikizo.

Katika karne ya 19, kuinua shinikizo kulionekana kuwa rahisi kuliko kupunguza joto. Mwanzoni mwa karne hii, mwanafizikia mkubwa wa Kiingereza Michael Farada aliweza kushinikiza gesi kwa maadili ya shinikizo la mvuke na kwa njia hii kugeuza gesi nyingi (klorini, dioksidi kaboni, nk) kuwa kioevu.

Hata hivyo, baadhi ya gesi - hidrojeni, nitrojeni, oksijeni - hawakujikopesha kwa liquefaction. Haijalishi ni kiasi gani shinikizo liliongezeka, hawakugeuka kuwa kioevu. Labda mtu alifikiria kwamba oksijeni na gesi zingine haziwezi kuwa kioevu. Waliainishwa kuwa gesi za kweli, au za kudumu.

Kwa kweli, kushindwa kulisababishwa na kutokuelewana kwa hali moja muhimu.

Fikiria kioevu na mvuke katika usawa na uzingatie kile kinachotokea kwao wakati kiwango cha mchemko kinapoongezeka na, bila shaka, shinikizo linapoongezeka ipasavyo. Kwa maneno mengine, fikiria kwamba sehemu kwenye grafu inayochemka inasogea juu kando ya curve. Ni wazi kwamba kioevu huongezeka kwa joto la kuongezeka na wiani wake hupungua. Kuhusu mvuke, ongezeko la kiwango cha kuchemsha? kwa kweli, inachangia upanuzi wake, lakini, kama tulivyokwisha sema, shinikizo la mvuke wa kueneza huongezeka kwa kasi zaidi kuliko kiwango cha kuchemsha. Kwa hiyo, wiani wa mvuke hauanguka, lakini, kinyume chake, huongezeka kwa kasi na kuongezeka kwa kiwango cha kuchemsha.

Kwa kuwa wiani wa kioevu huanguka, na wiani wa mvuke huongezeka, basi, kusonga "juu" kando ya curve ya kuchemsha, bila shaka tutafikia hatua ambayo wiani wa kioevu na mvuke huwa sawa (Mchoro 4.3).

Mchele. 4.3

Katika hatua hii ya ajabu, ambayo inaitwa hatua muhimu, curve ya kuchemsha hukoma. Kwa kuwa tofauti zote kati ya gesi na kioevu ni kutokana na tofauti katika wiani, katika hatua muhimu mali ya kioevu na gesi huwa sawa. Kila dutu ina joto lake muhimu na shinikizo lake muhimu. Kwa hiyo, kwa maji, hatua muhimu inafanana na joto la 374 ° C na shinikizo la 218.5 atm.

Ikiwa unapunguza gesi ambayo joto lake ni chini ya moja muhimu, basi mchakato wa ukandamizaji wake utaonyeshwa na mshale unaovuka curve ya kuchemsha (Mchoro 4.4). Hii ina maana kwamba wakati wa kufikia shinikizo sawa na shinikizo la mvuke (hatua ya makutano ya mshale na curve ya kuchemsha), gesi itaanza kuingia ndani ya kioevu. Ikiwa chombo chetu kilikuwa cha uwazi, basi kwa wakati huu tungeona mwanzo wa malezi ya safu ya kioevu chini ya chombo. Kwa shinikizo la mara kwa mara, safu ya kioevu itakua mpaka, hatimaye, gesi yote inageuka kuwa kioevu. Ukandamizaji zaidi utahitaji ongezeko la shinikizo.

Mchele. 4.4

Hali ni tofauti kabisa wakati gesi imesisitizwa, hali ya joto ambayo ni ya juu zaidi kuliko muhimu. Mchakato wa kubana unaweza tena kuonyeshwa kama mshale unaotoka chini kwenda juu. Lakini sasa mshale huu hauvuka curve ya kuchemsha. Hii ina maana kwamba wakati wa ukandamizaji, mvuke hautapungua, lakini itapunguza tu kuendelea.

Katika hali ya joto juu ya ile muhimu, kuwepo kwa kioevu na gesi iliyotenganishwa na kiolesura haiwezekani: Inaposisitizwa kwa msongamano wowote, dutu yenye homogeneous itakuwa chini ya pistoni, na ni vigumu kusema wakati inaweza kuitwa. gesi na wakati inaweza kuitwa kioevu.

Uwepo wa hatua muhimu unaonyesha kuwa hakuna tofauti ya msingi kati ya majimbo ya kioevu na gesi. Kwa mtazamo wa kwanza, inaweza kuonekana kuwa hakuna tofauti kama hiyo ya kimsingi katika kesi tu tunapozungumza juu ya hali ya joto juu ya ile muhimu. Hii, hata hivyo, sivyo. Kuwepo kwa hatua muhimu kunaonyesha uwezekano wa mabadiliko ya kioevu - kioevu halisi ambacho kinaweza kumwaga ndani ya kioo - katika hali ya gesi bila kufanana kwa kuchemsha.

Njia hii ya mabadiliko imeonyeshwa kwenye Mtini. 4.4. Kioevu kinachojulikana kina alama ya msalaba. Ikiwa unapunguza shinikizo kidogo (mshale chini), ita chemsha, ita chemsha ikiwa unaongeza joto kidogo (mshale kwenda kulia). Lakini tutafanya kitu tofauti kabisa.Tutabana kioevu kwa nguvu sana, kwa shinikizo juu ya moja muhimu. Hatua inayowakilisha hali ya kioevu itaenda kwa wima kwenda juu. Kisha tunapasha moto kioevu - mchakato huu unaonyeshwa na mstari wa usawa. Sasa, baada ya kujikuta kwenye haki ya joto Muhimu, tutapunguza shinikizo kwa ile ya awali. Ikiwa sasa tunapunguza joto, basi tunaweza kupata mvuke halisi zaidi, ambayo inaweza kupatikana kutoka kwa kioevu hiki kwa njia rahisi na fupi.

Kwa hivyo, inawezekana kila wakati, kwa kutofautiana shinikizo na joto ili kupitisha hatua muhimu, kupata mvuke kwa mpito unaoendelea kutoka kwa kioevu au kioevu kutoka kwa mvuke. Mpito huo unaoendelea hauhitaji kuchemsha au condensation.

Majaribio ya mapema ya kuyeyusha gesi kama vile oksijeni, nitrojeni, hidrojeni kwa hivyo hayakufaulu kwa sababu uwepo wa halijoto muhimu haukujulikana. Gesi hizi zina joto la chini sana muhimu: nitrojeni ina -147 ° C, oksijeni -119 ° C, hidrojeni -240 ° C, au 33 K. Kishikilia rekodi ni heliamu, joto lake muhimu ni 4.3 K. Gesi gesi hizi kuwa kioevu kinaweza tu kufanywa kwa njia moja - ni muhimu kupunguza joto lao chini ya moja maalum.

Kupunguza joto kwa kiasi kikubwa kunaweza kupatikana njia tofauti. Lakini wazo la njia zote ni sawa: lazima tulazimishe mwili ambao tunataka kupoa ili kutumia nishati yake ya ndani.

Jinsi ya kufanya hivyo? Njia moja ni kufanya kioevu chemsha bila kusambaza joto kutoka nje. Ili kufanya hivyo, kama tunavyojua, ni muhimu kupunguza shinikizo - kupunguza kwa thamani ya shinikizo la mvuke. Joto linalotumiwa kwa kuchemsha litakopwa kutoka kwa kioevu na joto la kioevu na mvuke, na kwa hiyo shinikizo la mvuke litaanguka. Kwa hiyo, ili kuchemsha kusisimame na kutokea kwa kasi, hewa lazima iendelee kutolewa nje ya chombo na kioevu.

Hata hivyo, kuna kikomo cha kushuka kwa joto wakati wa mchakato huu: shinikizo la mvuke hatimaye inakuwa isiyo na maana kabisa, na hata pampu za kusukuma zenye nguvu haziwezi kuunda shinikizo linalohitajika.

Ili kuendelea kupunguza joto, inawezekana, kwa kupoza gesi na kioevu kilichosababisha, kugeuka kuwa kioevu na kiwango cha chini cha kuchemsha.

Sasa mchakato wa kusukuma unaweza kurudiwa na dutu ya pili na hivyo joto la chini linaweza kupatikana. Ikiwa ni lazima, njia hiyo ya "cascading" ya kupata joto la chini inaweza kupanuliwa.

Hivi ndivyo walivyofanya mwishoni mwa karne iliyopita; umwagikaji wa gesi ulifanyika kwa hatua: ethilini, oksijeni, nitrojeni, hidrojeni, vitu vyenye pointi za kuchemsha -103, -183, -196 na -253 ° C, vilibadilishwa mfululizo kuwa kioevu. Kuwa na hidrojeni kioevu, unaweza pia kupata kioevu cha chini cha kuchemsha - heliamu (-269 ° C). Jirani kwenye "kushoto" ilisaidia kupata jirani kwenye "kulia".

Njia ya baridi ya kuteleza ni karibu miaka mia moja. Mnamo 1877 hewa ya kioevu ilipatikana kwa njia hii.

Mnamo 1884-1885. hidrojeni kioevu ilitolewa kwa mara ya kwanza. Mwishowe, baada ya miaka ishirini, ngome ya mwisho ilichukuliwa: mnamo 1908, Kamerling-Onnes katika jiji la Leiden huko Uholanzi aligeuza heliamu kuwa kioevu - dutu iliyo na joto la chini kabisa. Maadhimisho ya miaka 70 ya mafanikio haya muhimu ya kisayansi yaliadhimishwa hivi karibuni.

Kwa miaka mingi Maabara ya Leiden ilikuwa maabara pekee ya "joto la chini". Sasa katika nchi zote kuna maabara kadhaa kama hizo, bila kutaja mimea inayozalisha hewa ya kioevu, nitrojeni, oksijeni na heliamu kwa madhumuni ya kiufundi.

Njia ya kuteleza ya kupata joto la chini sasa haitumiki sana. KATIKA mitambo ya kiufundi ili kupunguza joto, njia nyingine hutumiwa kupunguza nishati ya ndani ya gesi: gesi inalazimika kupanua kwa kasi na kufanya kazi kwa gharama ya nishati ya ndani.

Ikiwa, kwa mfano, hewa iliyoshinikizwa kwa anga kadhaa huwekwa kwenye kipanuzi, basi wakati kazi ya kusonga bastola au kuzungusha turbine inafanywa, hewa itakuwa baridi sana hivi kwamba itageuka kuwa kioevu. Dioksidi ya kaboni, ikiwa inatolewa haraka kutoka kwenye silinda, hupungua kwa kasi sana kwamba inageuka kuwa "barafu" juu ya kuruka.

Gesi za kioevu hutumiwa sana katika uhandisi. Oksijeni ya kioevu hutumiwa katika teknolojia ya mlipuko kama sehemu ya mchanganyiko wa mafuta katika injini za ndege.

Kimiminiko cha hewa hutumika katika uhandisi kutenganisha gesi zinazounda hewa.

KATIKA maeneo mbalimbali vifaa vinahitajika kufanya kazi kwa joto la hewa ya kioevu. Lakini kwa tafiti nyingi za kimwili, joto hili sio chini ya kutosha. Hakika, ikiwa tunatafsiri digrii Celsius kwa kiwango kamili, tutaona kwamba joto la hewa ya kioevu ni karibu 1/3 ya joto la kawaida. Kuvutia zaidi kwa fizikia ni joto la "hidrojeni", yaani, joto la utaratibu wa 14-20 K, na hasa joto la "heliamu". Joto la chini kabisa linalopatikana wakati heliamu ya kioevu inapotolewa ni 0.7 K.

Wanafizikia wameweza kuja karibu zaidi na sifuri kabisa. Kwa sasa, halijoto inayozidi sifuri kabisa kwa elfu chache tu ya digrii imepatikana. Hata hivyo, halijoto hizi za chini kabisa hupatikana kwa njia ambazo si sawa na zile ambazo tumeelezea hapo juu.

KATIKA miaka iliyopita fizikia ya joto la chini ilitoa tawi maalum la tasnia inayohusika katika utengenezaji wa vifaa ambavyo hufanya iwezekanavyo kudumisha idadi kubwa kwa joto karibu na sifuri kabisa; kuendelezwa nyaya za nguvu, mabasi ya conductive ambayo hufanya kazi kwa joto la chini ya 10 K.

Wakati wa mpito wa kiwango cha kuchemsha, mvuke lazima ufanane, ugeuke kuwa kioevu. Hata hivyo,; Inatokea kwamba ikiwa mvuke haipatikani na kioevu, na ikiwa mvuke ni safi sana, basi inawezekana kupata mvuke ya supercooled au supersaturated - mvuke ambayo inapaswa kuwa kioevu kwa muda mrefu uliopita.

Mvuke iliyojaa kupita kiasi haina msimamo sana. Wakati mwingine kusukuma au punje ya mvuke kutupwa katika nafasi ni ya kutosha kuanza condensation marehemu.

Uzoefu unaonyesha kwamba condensation ya molekuli ya mvuke inawezeshwa sana na kuanzishwa kwa chembe ndogo za kigeni ndani ya mvuke. Katika hewa ya vumbi, supersaturation ya mvuke wa maji haifanyiki. Inaweza kusababisha condensation na pumzi ya moshi. Baada ya yote, moshi hutengenezwa na chembe ndogo ndogo. Kuingia ndani ya mvuke, chembe hizi hukusanya molekuli karibu na wao wenyewe na kuwa vituo vya condensation.

Kwa hivyo, ingawa sio thabiti, mvuke inaweza kuwa katika safu ya joto iliyobadilishwa kwa "maisha" ya kioevu.

Je, kioevu kinaweza 'kuishi' katika eneo la mvuke chini ya hali sawa? Kwa maneno mengine, inawezekana kuongeza joto la kioevu?

Inageuka unaweza. Ili kufanya hivyo, ni muhimu kuhakikisha kwamba molekuli za kioevu hazivunja mbali na uso wake. Dawa kali ni kuondokana na uso wa bure, yaani, kuweka kioevu kwenye chombo ambako kingebanwa pande zote na kuta imara. Kwa njia hii, inawezekana kufikia overheating ya utaratibu wa digrii kadhaa, yaani, kusonga hatua inayoonyesha hali ya maji kwa haki ya curve ya kuchemsha (Mchoro 4.4).

Overheating ni mabadiliko ya kioevu kwenye eneo la mvuke, hivyo overheating ya kioevu inaweza kupatikana wote kwa kusambaza joto na kwa kupunguza shinikizo.

Njia ya mwisho unaweza kufikia matokeo ya kushangaza. Maji au kioevu kingine, kilichotolewa kwa uangalifu kutoka kwa gesi zilizoharibiwa (hii si rahisi kufanya), huwekwa kwenye chombo na pistoni inayofikia uso wa kioevu. Chombo na pistoni lazima iwe mvua na kioevu. Ikiwa sasa unavuta pistoni kuelekea kwako, basi maji yaliyowekwa chini ya pistoni yatafuata. Lakini safu ya maji, kushikamana na pistoni, itavuta safu inayofuata ya maji, safu hii itavuta moja ya msingi, kwa sababu hiyo, kioevu kitanyoosha.

Mwishoni, safu ya maji itavunja (ni safu ya maji, na sio maji, ambayo yatatoka kwenye pistoni), lakini hii itatokea wakati nguvu kwa eneo la kitengo hufikia makumi ya kilo. Kwa maneno mengine, shinikizo hasi la makumi ya anga linaundwa kwenye kioevu.

Hata kwa shinikizo la chini chanya, hali ya mvuke ya suala ni imara. Kioevu kinaweza kuletwa kwa shinikizo hasi. Zaidi mfano wa kuangaza"overheating" ni jambo lisilofikirika.

Hakuna mwili dhabiti kama huu ambao unaweza kupinga ongezeko la joto kadri inavyohitajika. Hivi karibuni au baadaye kipande kilicho imara kinageuka kuwa kioevu; kulia, katika hali zingine hatutaweza kufikia kiwango cha kuyeyuka - mtengano wa kemikali unaweza kutokea.

Joto linapoongezeka, molekuli husonga haraka na haraka. Hatimaye, inakuja wakati ambapo kudumisha utaratibu "kati ya nguvu" iliyopigwa "molekuli inakuwa haiwezekani. Imara huyeyuka. Tungsten ina kiwango cha juu zaidi cha kuyeyuka: 3380 ° C. Dhahabu inayeyuka kwa 1063 ° C, chuma katika 1539 ° C. Hata hivyo, kuna ni metali zinazoyeyuka kwa kiwango cha chini.Zebaki, kama inavyojulikana, huyeyuka tayari kwa joto la -39 ° C. Dutu za kikaboni hazina viwango vya juu vya kuyeyuka.Naphthalene huyeyuka saa 80 ° C, toluini - saa -94.5 ° C.

Sio ngumu hata kidogo kupima kiwango cha kuyeyuka cha mwili, haswa ikiwa inayeyuka katika safu ya joto inayopimwa na kipimajoto cha kawaida. Sio lazima kabisa kufuata mwili unaoyeyuka kwa macho yako. Inatosha kuangalia safu ya zebaki ya thermometer. Mpaka kuyeyuka kumeanza, joto la mwili linaongezeka (Mchoro 4.5). Mara tu kuyeyuka kunapoanza, ongezeko la joto huacha na halijoto itabaki bila kubadilika hadi mchakato wa kuyeyuka ukamilike.

Mchele. 4.5

Kama vile ubadilishaji wa kioevu kuwa mvuke, ubadilishaji wa kigumu kuwa kioevu unahitaji joto. Joto linalohitajika kwa hili linaitwa joto la siri la fusion. Kwa mfano, kuyeyuka kilo moja ya barafu inahitaji 80 kcal.

Barafu ni moja ya miili iliyo na joto la juu la mchanganyiko. Kuyeyuka kwa barafu kunahitaji, kwa mfano, nishati mara 10 zaidi kuliko kuyeyuka kwa wingi sawa wa risasi. Kwa kweli, tunazungumza juu ya kuyeyuka yenyewe, hatusemi hapa kwamba kabla ya kuyeyuka kwa risasi kuanza, lazima iwe moto hadi + 327 ° C. Kutokana na joto kali la barafu inayoyeyuka, kuyeyuka kwa theluji kunapungua. Hebu fikiria kwamba joto la kuyeyuka lingekuwa mara 10 chini. Kisha mafuriko ya spring yangeleta maafa yasiyofikirika kila mwaka.

Kwa hivyo, joto la kuyeyuka kwa barafu ni kubwa, lakini pia ni ndogo ikiwa ikilinganishwa na joto maalum la mvuke la 540 kcal / kg (mara saba chini). Walakini, tofauti hii ni ya asili kabisa. Wakati wa kubadilisha kioevu kuwa mvuke, lazima tubomoe molekuli moja kutoka kwa nyingine, na wakati wa kuyeyuka, tunapaswa kuharibu mpangilio tu katika mpangilio wa molekuli, na kuwaacha kwa umbali sawa. Ni wazi kwamba kazi ndogo inahitajika katika kesi ya pili.

Uwepo wa kiwango fulani cha kuyeyuka ni sifa muhimu ya vitu vya fuwele. Ni kwa msingi huu kwamba ni rahisi kutofautisha kutoka kwa mango mengine, inayoitwa amorphous au glasi. Miwani hupatikana kati ya vitu vya isokaboni na vya kikaboni. vioo vya dirisha kawaida hutengenezwa kutoka kwa silicates za sodiamu na kalsiamu; juu dawati mara nyingi huweka glasi ya kikaboni (pia inaitwa plexiglass).

Dutu za amofasi, tofauti na fuwele, hazina uhakika wa kuyeyuka. Kioo haina kuyeyuka, lakini hupunguza. Inapokanzwa, kipande cha kioo kwanza kinakuwa laini kutoka kwa ngumu, kinaweza kuinama au kunyoosha kwa urahisi; kwa joto la juu, kipande huanza kubadilisha sura yake chini ya ushawishi wa mvuto wake mwenyewe. Wakati inapokanzwa, glasi nene ya glasi inachukua umbo la chombo ambamo iko. Misa hii mwanzoni ni nene, kama asali, kisha kama cream ya sour, na, mwishowe, inakuwa kama kioevu chenye mnato wa chini kama maji. Kwa hamu yetu yote, hatuwezi kuonyesha hapa joto maalum kwa mpito wa kigumu hadi kioevu. Sababu za hii ziko katika tofauti ya kimsingi kati ya muundo wa glasi na muundo wa miili ya fuwele. Kama ilivyoelezwa hapo juu, atomi katika miili ya amofasi hupangwa kwa nasibu. Miwani katika muundo hufanana na vimiminika.Hata katika kioo kigumu, molekuli hupangwa kwa nasibu. Hii ina maana kwamba ongezeko la joto la kioo huongeza tu aina mbalimbali za vibrations za molekuli zake, na kuwapa hatua kwa hatua uhuru zaidi na zaidi wa harakati. Kwa hiyo, kioo hupunguza hatua kwa hatua na haionyeshi "imara" kali - "kioevu" cha mpito, ambayo ni tabia ya mpito kutoka kwa mpangilio wa molekuli kwa utaratibu mkali kwa mpangilio wa random.

Ilipofikia curve ya kuchemsha, tulisema kwamba kioevu na mvuke inaweza, ingawa katika hali isiyo na utulivu, kuishi katika mikoa ya kigeni - mvuke inaweza kuwa ya juu zaidi na kuhamishiwa upande wa kushoto wa curve ya kuchemsha, kioevu kinaweza kuwashwa na kuvutwa kulia. ya curve hii.

Je! matukio sawa yanawezekana katika kesi ya kioo na kioevu? Inageuka kuwa mlinganisho hapa haujakamilika.

Ukipasha joto fuwele, itaanza kuyeyuka katika kiwango chake cha kuyeyuka. Kioo hawezi kuwa overheated. Kinyume chake, kwa kupoza kioevu, inawezekana, ikiwa hatua fulani zinachukuliwa, "kupitia" kiwango cha kuyeyuka kwa urahisi. Katika vinywaji vingine, subcoolings kubwa zinaweza kupatikana. Kuna hata vinywaji ambavyo ni rahisi sana, lakini ni ngumu kutengeneza fuwele. Kimiminika kama hicho kinapopoa, huwa na mnato zaidi na zaidi na hatimaye kuganda bila kung'aa. Vile ni kioo.

Unaweza pia kupoza maji. Matone ya ukungu hayawezi kuganda hata kwenye baridi kali. Ikiwa kioo cha dutu, mbegu, hutupwa kwenye kioevu kikubwa, basi crystallization itaanza mara moja.

Hatimaye, katika hali nyingi kucheleweshwa kwa fuwele kunaweza kuanzishwa na mtikisiko au matukio mengine ya nasibu. Inajulikana, kwa mfano, kwamba glycerol ya fuwele ilipatikana kwanza wakati wa usafiri kupitia reli. Miwani baada ya kusimama kwa muda mrefu inaweza kuanza kuangaza (kupotosha, au "kuanguka", kama wanasema katika teknolojia).

Karibu dutu yoyote inaweza kutoa fuwele chini ya hali fulani. Fuwele zinaweza kupatikana kutoka kwa suluhisho au kuyeyuka kwa dutu fulani, na pia kutoka kwa mvuke wake (kwa mfano, fuwele nyeusi za iodini zenye umbo la almasi hutoka kwa urahisi kutoka kwa mvuke wake kwa shinikizo la kawaida bila mpito wa kati hadi hali ya kioevu). .

Anza kufuta chumvi ya meza au sukari katika maji. Kwa joto la kawaida (20 ° C), utaweza kufuta 70 g tu ya chumvi kwenye kioo cha uso. Nyongeza zaidi za chumvi hazitayeyuka na zitatua chini kwa namna ya sediment. Suluhisho ambalo hakuna uharibifu zaidi hutokea huitwa saturated. .Ukibadilisha hali ya joto, basi kiwango cha umumunyifu wa dutu pia kitabadilika. Kila mtu anajua vizuri kwamba maji ya moto hupunguza vitu vingi rahisi zaidi kuliko maji baridi.

Fikiria sasa - kwamba umeandaa suluhisho lililojaa, sema, sukari kwa joto la 30 ° C na uanze kuipunguza hadi 20 ° C. Kwa 30 ° C, uliweza kufuta 223 g ya sukari katika 100 g ya maji, saa 20 ° C, 205 g hupasuka. Kisha, wakati kilichopozwa kutoka 30 hadi 20 ° C, 18 g itakuwa "ziada" na, kama wanasema, itaanguka nje ya suluhisho. Kwa hivyo, moja ya njia zinazowezekana za kupata fuwele ni kupoza suluhisho lililojaa.

Unaweza kufanya hivyo tofauti. Kuandaa suluhisho la chumvi iliyojaa na kuiacha kwenye glasi iliyo wazi. Baada ya muda, utapata kuonekana kwa fuwele. Kwa nini walitengeneza? Uchunguzi wa makini utaonyesha kwamba wakati huo huo na kuundwa kwa fuwele, mabadiliko mengine yalitokea - kiasi cha maji kilipungua. Maji yalivukiza, na dutu "ya ziada" ilionekana kwenye suluhisho. Hivyo mwingine njia inayowezekana malezi ya fuwele ni uvukizi wa suluhisho.

Je, fuwele huundaje kutoka kwa suluhisho?

Tulisema kwamba fuwele "huanguka" ya suluhisho; Je, ni muhimu kuelewa hili kwa namna ambayo hapakuwa na kioo kwa wiki, na kwa wakati mmoja ghafla ilionekana mara moja? Hapana, hii sivyo: fuwele hukua. Haiwezekani, bila shaka, kuchunguza wakati wa awali wa ukuaji na jicho. Mara ya kwanza, molekuli chache zinazosonga bila mpangilio au atomi za soluti hukusanyika katika mpangilio unaohitajika ili kuunda kimiani ya fuwele. Kundi kama hilo la atomi au molekuli huitwa kiini.

Uzoefu unaonyesha kuwa viini mara nyingi huundwa mbele ya chembe za vumbi za dakika za nje kwenye suluhisho. Fuwele ya haraka zaidi na rahisi huanza wakati kioo kidogo cha mbegu kinawekwa kwenye suluhisho lililojaa. Katika kesi hiyo, kutengwa kwa imara kutoka kwa suluhisho haitakuwa na malezi ya fuwele mpya, lakini katika ukuaji wa mbegu.

Ukuaji wa kiinitete sio, bila shaka, tofauti na ukuaji wa mbegu. Maana ya kutumia mbegu ni kwamba "huvuta" dutu iliyotolewa kwenye yenyewe na hivyo kuzuia uundaji wa wakati huo huo wa idadi kubwa ya nuclei. Ikiwa nuclei nyingi zinaundwa, basi zitaingilia kati wakati wa ukuaji na hazitaturuhusu kupata fuwele kubwa.

Je, sehemu za atomi au molekuli huachiliwaje kutoka kwenye myeyusho husambazwa kwenye uso wa kiini?

Uzoefu unaonyesha kwamba ukuaji wa kiini au mbegu hujumuisha, kana kwamba, katika kusonga nyuso zinazofanana na zenyewe katika mwelekeo perpendicular kwa uso. Katika kesi hiyo, pembe kati ya nyuso zinabaki mara kwa mara (tunajua tayari kwamba uthabiti wa pembe ni kipengele muhimu zaidi cha kioo, kinachofuata kutoka kwa muundo wake wa kimiani).

Kwenye mtini. 4.6 muhtasari wa fuwele tatu za dutu sawa zinazotokea wakati wa ukuaji wao hutolewa. Mifumo sawa inaweza kuzingatiwa chini ya darubini. Katika kesi iliyoonyeshwa upande wa kushoto, idadi ya nyuso huhifadhiwa wakati wa ukuaji. Mchoro wa kati unatoa mfano wa uso mpya unaoonekana (juu ya kulia) na kutoweka tena.

Mchele. 4.6

Ni muhimu sana kutambua kwamba kiwango cha ukuaji wa nyuso, yaani, kasi ya harakati zao sambamba na wao wenyewe, si sawa kwa nyuso tofauti. Katika kesi hiyo, hasa nyuso hizo zinazohamia kwa kasi zaidi, kwa mfano, uso wa chini wa kushoto katika takwimu ya kati, "hukua" (kutoweka). Kinyume chake, nyuso zinazokua polepole ndio pana zaidi, kama wanasema, zilizokuzwa zaidi.

Hii ni wazi hasa katika takwimu ya mwisho. Kipande kisicho na umbo hupata umbo sawa na fuwele zingine kwa usahihi kwa sababu ya kasi ya ukuaji wa anisotropy. Vipengele vilivyofafanuliwa vyema hukua kwa gharama ya wengine kwa nguvu zaidi na kutoa fuwele fomu ya tabia ya sampuli zote za dutu hii.

Fomu nzuri sana za mpito huzingatiwa wakati mpira unachukuliwa kama mbegu, na suluhisho hupozwa kidogo na moto. Inapokanzwa, suluhisho inakuwa isiyojaa, na mbegu hupasuka kwa sehemu. Kupoeza husababisha kueneza kwa suluhisho na ukuaji wa mbegu. Lakini molekuli hukaa kwa njia tofauti, kana kwamba hutoa upendeleo kwa maeneo fulani. Dutu hii huhamishwa kutoka sehemu moja ya mpira hadi nyingine.

Kwanza, nyuso ndogo za umbo la duara zinaonekana kwenye uso wa mpira. Miduara huongezeka polepole na, ikigusa kila mmoja, unganisha kando ya moja kwa moja. Mpira hugeuka kuwa polyhedron. Kisha baadhi ya nyuso hupata wengine, baadhi ya nyuso huzidi, na kioo hupata sura yake ya tabia (Mchoro 4.7).

Mchele. 4.7

Wakati wa kuchunguza ukuaji wa fuwele, kipengele kikuu cha ukuaji kinashangaza - harakati za sambamba za nyuso. Inatokea kwamba dutu iliyotolewa hujenga uso katika tabaka: mpaka safu moja imekamilika, ijayo haianza kujenga.

Kwenye mtini. 4.8 inaonyesha ufungashaji "ambao haujakamilika" wa atomi. Ni katika nafasi zipi kati ya zile zilizoonyeshwa kwa herufi ambapo atomi mpya itashikiliwa kwa uthabiti zaidi, ikiambatanishwa na kioo? Bila shaka katika A, kwa kuwa hapa anapata mvuto wa majirani kutoka pande tatu, wakati katika B - kutoka mbili, na katika C - tu kutoka upande mmoja. Kwa hiyo, safu imekamilika kwanza, kisha ndege nzima, na kisha tu kuwekewa kwa ndege mpya huanza.

Mchele. 4.8

Katika idadi ya matukio, fuwele huundwa kutoka kwa wingi wa kuyeyuka - kutoka kwa kuyeyuka. Kwa asili, hii hutokea kwa kiwango kikubwa: basalts, granites na miamba mingine mingi ilitoka kutoka kwa magma ya moto.

Wacha tuanze kupokanzwa dutu fulani ya fuwele, kwa mfano, chumvi ya mwamba. Hadi 804°C fuwele chumvi ya mwamba itabadilika kidogo: wao hupanua kidogo tu, na dutu inabaki imara. Mita ya joto iliyowekwa kwenye chombo kilicho na dutu inaonyesha ongezeko la kuendelea la joto linapokanzwa. Katika 804 ° C, tutagundua mara moja matukio mawili mapya, yaliyounganishwa: dutu hii itaanza kuyeyuka, na kupanda kwa joto kutaacha. Mpaka mambo yote yanageuka kuwa kioevu,; hali ya joto haitabadilika; ongezeko zaidi la joto tayari linapokanzwa kioevu. Dutu zote za fuwele zina kiwango fulani cha kuyeyuka. Barafu huyeyuka kwa 0 ° C, chuma huyeyuka kwa 1527 ° C, zebaki huyeyuka saa -39 ° C, nk.

Kama tunavyojua tayari, katika kila fuwele atomi au molekuli za dutu huunda upakiaji wa G na kufanya mitetemo midogo karibu na nafasi zao za wastani. Wakati mwili unapo joto, kasi ya chembe za oscillating huongezeka pamoja na amplitude ya oscillations. Ongezeko hili la kasi ya chembe na joto la kuongezeka ni mojawapo ya sheria za msingi za asili, ambayo inatumika kwa suala katika hali yoyote - imara, kioevu au gesi.

Wakati fulani, joto la juu la kutosha la kioo linapofikiwa, mitetemo ya chembe zake huwa na nguvu sana hivi kwamba mpangilio sahihi wa chembe huwa hauwezekani - fuwele huyeyuka. Na mwanzo wa kuyeyuka, joto linalotolewa haitumiwi tena kuongeza kasi ya chembe, lakini kuharibu kimiani cha kioo. Kwa hiyo, ongezeko la joto limesimamishwa. Inapokanzwa baadae ni ongezeko la kasi ya chembe za kioevu.

Katika kesi ya fuwele kutoka kwa kuyeyuka ambayo inatupendeza, matukio ya hapo juu yanazingatiwa kwa utaratibu wa kinyume: kioevu kinapopoa, chembe zake hupunguza mwendo wao wa machafuko; wakati joto fulani, la kutosha la kutosha linafikiwa, kasi ya chembe tayari iko chini sana kwamba baadhi yao, chini ya ushawishi wa nguvu za kuvutia, huanza kushikamana na kila mmoja, na kutengeneza viini vya fuwele. Mpaka dutu yote iangaze, hali ya joto inabaki thabiti. Halijoto hii kwa ujumla ni sawa na kiwango myeyuko.

Ikiwa hatua maalum hazitachukuliwa, basi fuwele kutoka kwa kuyeyuka itaanza mara moja katika maeneo mengi. Fuwele zitakua katika mfumo wa polihedroni za kawaida tabia yao kwa njia ile ile kama tulivyoelezea hapo juu. Hata hivyo, ukuaji wa bure haudumu kwa muda mrefu: kukua, fuwele hugongana na kila mmoja, ukuaji huacha kwenye pointi za kuwasiliana, na mwili mgumu hupata muundo wa punjepunje. Kila nafaka ni fuwele tofauti, ambayo imeshindwa kuchukua fomu yake sahihi.

Kulingana na hali nyingi, na juu ya yote kwa kiwango cha baridi, mwili imara unaweza kuwa na nafaka kubwa zaidi au chini: polepole baridi, nafaka kubwa zaidi. Ukubwa wa nafaka wa miili ya fuwele huanzia milioni ya sentimita hadi milimita kadhaa. Katika hali nyingi, muundo wa fuwele wa punjepunje unaweza kuzingatiwa chini ya darubini. Mango kawaida huwa na muundo mzuri kama huo.

Kwa teknolojia, mchakato wa kuimarisha metali ni wa riba kubwa. Matukio yanayotokea wakati wa kutupwa na wakati wa kuimarisha chuma katika molds yamejifunza na wanafizikia kwa undani sana.

Kwa sehemu kubwa, wakati wa uimara, fuwele moja kama mti hukua, ambayo huitwa dendrites. Katika hali nyingine, dendrites huelekezwa kwa nasibu, katika hali nyingine, ni sawa na kila mmoja.

Kwenye mtini. 4.9 inaonyesha hatua za ukuaji wa dendrite moja. Kwa tabia hii, dendrite inaweza kukua zaidi kabla ya kukutana na nyingine sawa. Kisha hatutapata dendrites katika utupaji. Matukio yanaweza pia kuendeleza tofauti: dendrites inaweza kukutana na kukua ndani ya kila mmoja (matawi ya moja katika mapungufu kati ya matawi ya mwingine) wakati bado ni "vijana".

Mchele. 4.9

Kwa njia hii, castings inaweza kutokea ambao nafaka (zinazoonyeshwa kwenye Mchoro 2.22) zina muundo tofauti sana. Na mali ya metali inategemea sana asili ya muundo huu. Inawezekana kudhibiti tabia ya chuma wakati wa kuimarisha kwa kubadilisha kiwango cha baridi na mfumo wa kuondolewa kwa joto.

Sasa hebu tuzungumze kuhusu jinsi ya kukua kioo kikubwa kimoja. Ni wazi kwamba hatua lazima zichukuliwe ili kuhakikisha kwamba kioo kinakua kutoka sehemu moja. Na ikiwa fuwele kadhaa tayari zimeanza kukua, basi kwa hali yoyote ni muhimu kuhakikisha kuwa hali ya ukuaji ni nzuri kwa mmoja wao tu.

Hapa, kwa mfano, ni jinsi wanavyoendelea wakati wa kukuza fuwele za metali zinazoyeyuka chini. Chuma kinayeyuka kwenye bomba la mtihani wa glasi na mwisho uliotolewa. Mrija wa majaribio uliosimamishwa kwa uzi ndani ya tanuru ya wima ya silinda hushushwa chini polepole. Mwisho uliotolewa hatua kwa hatua hutoka tanuru na baridi. Crystallization huanza. Mara ya kwanza, fuwele kadhaa huunda, lakini wale wanaokua kando hupumzika dhidi ya ukuta wa tube ya mtihani na ukuaji wao hupungua. Ni kioo tu kinachokua kando ya mhimili wa tube ya mtihani, yaani, kina ndani ya kuyeyuka, itakuwa katika hali nzuri. Wakati bomba la majaribio linapungua, sehemu mpya za kuyeyuka, zikianguka katika eneo la joto la chini, "italisha" fuwele hii moja. Kwa hiyo, kati ya fuwele zote, yeye pekee ndiye anayesalia; bomba linaposhushwa, huendelea kukua kwenye mhimili wake. Mwishoni, metali zote za kuyeyuka huimarisha kwa namna ya kioo kimoja.

Wazo lile lile linatokana na ukuaji wa fuwele za rubi za kinzani. Poda nzuri ya dutu hii hupigwa kwa njia ya moto. Wakati huo huo, poda zinayeyuka; matone madogo huanguka kwenye usaidizi wa kinzani wa eneo ndogo sana, na kutengeneza fuwele nyingi. Matone yanapoanguka zaidi kwenye msimamo, fuwele zote hukua, lakini tena, ni moja tu ambayo iko katika nafasi nzuri zaidi ya "kupokea" matone yanayoanguka hukua.

Fuwele kubwa ni za nini?

Viwanda na sayansi mara nyingi huhitaji fuwele kubwa moja. Umuhimu mkubwa kwa teknolojia ina fuwele za chumvi ya Rochelle na quartz, ambayo ina mali ya ajabu ya kubadilisha vitendo vya mitambo(k.m. shinikizo) kwenye voltage ya umeme.

Sekta ya macho inahitaji fuwele kubwa za calcite, chumvi ya mwamba, fluorite, nk.

Sekta ya saa inahitaji fuwele za rubi, yakuti na zingine. mawe ya thamani. Ukweli ni kwamba sehemu za kibinafsi zinazosonga za saa za kawaida hufanya hadi mitetemo 20,000 kwa saa. Mzigo wa juu kama huo huweka mahitaji ya juu isiyo ya kawaida juu ya ubora wa vidokezo vya axle na fani. Abrasion itakuwa ndogo zaidi wakati rubi au yakuti hutumika kama kuzaa kwa ncha ya axle yenye kipenyo cha 0.07-0.15 mm. Fuwele za bandia za dutu hizi ni za kudumu sana na hazipunguki kidogo na chuma. Ni kubwa kwamba mawe bandia hivyo ni bora kuliko mawe yale yale ya asili.

Walakini, ukuaji wa fuwele moja ya semiconductors - silicon na germanium - ni ya umuhimu mkubwa kwa tasnia.

Ikiwa shinikizo linabadilishwa, kiwango cha kuyeyuka pia kitabadilika. Tulikutana na kawaida sawa tulipozungumza juu ya kuchemsha. Vipi shinikizo zaidi; juu ya kiwango cha kuchemsha. Kama sheria, hii pia ni kweli kwa kuyeyuka. Hata hivyo, kuna idadi ndogo ya vitu vinavyofanya vibaya: kiwango chao cha kuyeyuka hupungua kwa shinikizo la kuongezeka.

Ukweli ni kwamba idadi kubwa ya vitu vikali ni mnene kuliko vimiminika vyake. Isipokuwa kwa dravil hii ni vitu ambavyo kiwango cha kuyeyuka hakibadilika kawaida na mabadiliko ya shinikizo, kwa mfano, maji. Barafu ni nyepesi kuliko maji, na kiwango cha kuyeyuka cha barafu hupungua kadiri shinikizo inavyoongezeka.

Ukandamizaji unakuza uundaji wa hali mnene. Ikiwa imara ni mnene zaidi kuliko kioevu, basi ukandamizaji husaidia kuimarisha na kuzuia kuyeyuka. Lakini ikiwa kuyeyuka kunazuiwa na ukandamizaji, basi hii ina maana kwamba dutu hii inabakia imara, ambapo mapema katika joto hili ingekuwa tayari imeyeyuka, yaani, kwa shinikizo la kuongezeka, kiwango cha kuyeyuka kinaongezeka. Katika hali isiyo ya kawaida, kioevu ni mnene zaidi kuliko imara, na shinikizo husaidia uundaji wa kioevu, yaani, hupunguza kiwango cha kuyeyuka.

Athari ya shinikizo kwenye kiwango cha kuyeyuka ni kidogo sana kuliko ile ya kuchemsha. Kuongezeka kwa shinikizo kwa zaidi ya 100 kgf / cm 2 hupunguza kiwango cha kuyeyuka kwa barafu kwa 1 ° C.

Kwa nini skates huteleza kwenye barafu tu, lakini sio kwenye parquet laini sawa? Inavyoonekana, maelezo pekee ni malezi ya maji, ambayo hulainisha skate. Ili kuelewa ukinzani ambao umetokea, tunahitaji kukumbuka yafuatayo: skates butu huteleza vibaya sana kwenye barafu. Skates zinahitaji kuimarishwa ili kukata barafu. Katika kesi hii, ncha tu ya ukingo wa matuta inashinikiza kwenye barafu. Shinikizo kwenye barafu hufikia makumi ya maelfu ya anga, barafu bado inayeyuka.

Wanaposema "dutu huvukiza", kwa kawaida humaanisha kuwa kioevu huvukiza. Lakini mango pia yanaweza kuyeyuka. Wakati mwingine uvukizi wa yabisi huitwa usablimishaji.

Imara ya kuyeyuka ni, kwa mfano, naphthalene. Naphthalene huyeyuka kwa 80 ° C na huvukiza kwenye joto la kawaida. Ni mali hii ya naphthalene ambayo inaruhusu kutumika kuangamiza nondo.

Kanzu ya manyoya iliyofunikwa na naphthalene imejaa mvuke wa naphthalene na hujenga mazingira ambayo nondo haziwezi kusimama. Yoyote ya kunusa imara hutukuka kwa kiasi kikubwa. Baada ya yote, harufu huundwa na molekuli ambazo zimetengana na dutu na kufikia pua zetu. Hata hivyo, kuna matukio ya mara kwa mara ambapo dutu hii hupunguzwa kwa kiwango kidogo, wakati mwingine kwa kiwango ambacho hakiwezi kutambuliwa hata kwa utafiti wa makini sana. Kimsingi, dutu yoyote ngumu (haswa yoyote, hata chuma au shaba) huvukiza. Ikiwa hatutagundua usablimishaji, hii inamaanisha tu kwamba msongamano wa mvuke unaojaa ni mdogo sana.

Inaweza kuonekana kuwa idadi ya vitu ambavyo vina harufu kali kwenye joto la kawaida hupoteza kwa joto la chini.

Msongamano wa mvuke uliojaa katika usawa na imara huongezeka kwa kasi na joto linaloongezeka. Tuliangazia tabia hii kwa curve ya barafu iliyoonyeshwa kwenye Mtini. 4.10. Kweli, barafu haina harufu ...

Mchele. 4.10

Katika hali nyingi, haiwezekani kuongeza kwa kiasi kikubwa wiani wa mvuke iliyojaa ya imara kwa sababu rahisi - dutu hii itayeyuka mapema.

Barafu pia huvukiza. Hili linajulikana sana kwa akina mama wa nyumbani ambao huning’inia kwenye nguo zenye unyevunyevu ili zikauke katika hali ya hewa ya baridi.

Kwa hivyo, kuna hali ambazo mvuke, kioevu na fuwele zinaweza kuwepo kwa jozi kwa usawa. Je, majimbo yote matatu yanaweza kuwa katika usawa? Hatua kama hiyo kwenye mchoro wa shinikizo-joto ipo, inaitwa mara tatu. Yuko wapi?

Ikiwa utaweka maji na barafu inayoelea kwenye chombo kilichofungwa kwa digrii sifuri, basi mvuke wa maji (na "barafu") utaanza kuingia kwenye nafasi ya bure. Kwa shinikizo la mvuke la 4.6 mm Hg. Sanaa. Uvukizi utaacha na kueneza kutaanza. Sasa awamu tatu - barafu, maji na mvuke - zitakuwa katika usawa. Hii ni pointi tatu.

Uhusiano kati ya majimbo mbalimbali unaonyeshwa wazi na wazi na mchoro wa maji ulioonyeshwa kwenye mtini. 4.11.

Mchele. 4.11

Mchoro kama huo unaweza kujengwa kwa mwili wowote.

Mikondo katika takwimu tunaifahamu - hizi ni mikondo ya usawa kati ya barafu na mvuke, barafu na maji, maji na mvuke. Kama kawaida, shinikizo hupangwa kwa wima, na joto hupangwa kwa usawa.

Mikondo mitatu inakatiza kwenye sehemu tatu na kugawanya mchoro katika maeneo matatu - nafasi za kuishi za barafu, maji na mvuke wa maji.

Mchoro wa serikali ni marejeleo mafupi. Kusudi lake ni kujibu swali la hali gani ya mwili ni thabiti kwa shinikizo kama hilo na vile vile joto.

Ikiwa maji au mvuke huwekwa katika hali ya "eneo la kushoto", watakuwa barafu. Ikiwa kioevu au mwili imara huletwa ndani ya "eneo la chini", basi mvuke itapatikana. Katika "eneo la kulia" mvuke itapunguza na barafu itayeyuka.

Mchoro wa kuwepo kwa awamu inakuwezesha kujibu mara moja kile kinachotokea kwa dutu wakati inapokanzwa au inaposisitizwa. Inapokanzwa kwa shinikizo la mara kwa mara huonyeshwa kama mstari wa usawa kwenye mchoro. Nukta husogea kwenye mstari huu kutoka kushoto kwenda kulia, ikiwakilisha hali ya mwili.

Takwimu inaonyesha mistari miwili kama hiyo, moja yao inapokanzwa kwa shinikizo la kawaida. Mstari uko juu pointi tatu. Kwa hiyo, itavuka kwanza curve ya kuyeyuka, na kisha, nje ya kuchora, curve ya uvukizi. Barafu kwa shinikizo la kawaida itayeyuka kwa 0 ° C, na maji yanayotokana yatachemka kwa 100 ° C.

Hali itakuwa tofauti kwa barafu inapokanzwa kwa shinikizo la chini sana, sema chini ya 5 mm Hg. Sanaa. Mchakato wa kupokanzwa unawakilishwa na mstari chini ya hatua tatu. Vipindi vya kuyeyuka na kuchemsha haviingiliani na mstari huu. Kwa shinikizo kidogo kama hilo, inapokanzwa itasababisha mpito wa moja kwa moja wa barafu kuwa mvuke.

Kwenye mtini. 4.12, mchoro huo unaonyesha ni jambo gani la kuvutia litatokea wakati mvuke wa maji unasisitizwa katika hali iliyo na alama ya msalaba katika takwimu. Mvuke utageuka kwanza kuwa barafu na kisha kuyeyuka. Takwimu hukuruhusu kusema mara moja kwa shinikizo gani ukuaji wa fuwele utaanza na wakati kuyeyuka kutatokea.

Mchele. 4.12

Michoro ya hali ya vitu vyote ni sawa na kila mmoja. Kubwa, kutoka kwa mtazamo wa kila siku, tofauti hutokea kutokana na ukweli kwamba eneo la hatua tatu kwenye mchoro inaweza kuwa tofauti sana kwa vitu tofauti.

Baada ya yote, tupo karibu na "hali ya kawaida", yaani, hasa kwa shinikizo karibu na anga moja. Jinsi hatua tatu ya suala iko kuhusiana na mstari wa shinikizo la kawaida ni muhimu sana kwetu.

Ikiwa shinikizo katika hatua ya tatu ni chini ya anga, basi kwa ajili yetu, tunaishi katika hali ya "kawaida", dutu hii inayeyuka. Wakati joto linapoongezeka, kwanza hugeuka kuwa kioevu, na kisha hupuka.

Katika kesi kinyume - wakati shinikizo katika hatua tatu ni kubwa zaidi kuliko anga - hatutaona kioevu inapokanzwa, imara itageuka moja kwa moja kuwa mvuke. Hivi ndivyo "barafu kavu" inavyofanya, ambayo ni rahisi sana kwa wauzaji wa ice cream. Vitalu vya ice cream vinaweza kubadilishwa na vipande vya "barafu kavu" na usiogope kwamba ice cream itakuwa mvua. "Barafu kavu" ni dioksidi kaboni CO 2. Nukta tatu ya dutu hii iko katika 73 atm. Kwa hivyo, wakati CO 2 dhabiti inapokanzwa, sehemu inayoonyesha hali yake husogea kwa mlalo, ikivuka tu mkondo wa uvukizi wa kigumu (sawa na barafu ya kawaida kwa shinikizo la karibu 5 mm Hg. Sanaa.).

Tayari tumemwambia msomaji jinsi digrii moja ya joto inavyoamuliwa kwa kiwango cha Kelvin, au, kama mfumo wa SI unahitaji sasa, kelvin moja. Hata hivyo, ilikuwa juu ya kanuni ya kuamua hali ya joto. Sio taasisi zote za metrolojia zilizo na vipimajoto bora vya gesi. Kwa hiyo, kiwango cha joto kinajengwa kwa usaidizi wa pointi za usawa zilizowekwa na asili kati ya majimbo tofauti ya suala.

Sehemu ya tatu ya maji ina jukumu maalum katika hili. Digrii ya Kelvin sasa inafafanuliwa kama 273.16 ya halijoto ya thermodynamic ya sehemu tatu za maji. Kiwango cha tatu cha oksijeni kinachukuliwa sawa na 54.361 K. Joto la uimarishaji wa dhahabu limewekwa 1337.58 K. Kwa kutumia pointi hizi za kumbukumbu, thermometer yoyote inaweza kusawazishwa kwa usahihi.

Grafiti nyeusi ya matte laini ambayo tunaandika nayo, na inang'aa kwa uwazi, ngumu, kioo cha kukata almasi hujengwa kutoka kwa atomi sawa za kaboni. Kwa nini sifa za vitu hivi viwili vinavyofanana ni tofauti sana?

Kumbuka kimiani ya grafiti layered, kila chembe ambayo ina majirani tatu karibu, na kimiani ya almasi, ambao atomi ina majirani nne karibu. Mfano huu unaonyesha wazi kwamba mali ya fuwele imedhamiriwa na mpangilio wa pande zote atomi. Graphite hutumiwa kutengeneza crucibles za kinzani ambazo zinaweza kuhimili joto hadi digrii elfu mbili hadi tatu, na almasi huwaka kwa joto zaidi ya 700 ° C; wiani wa almasi ni 3.5, na ya grafiti ni 2.3; grafiti hufanya umeme, almasi haifanyi, nk.

Sio tu kaboni ambayo ina kipengele hiki cha kuzalisha fuwele tofauti. Karibu kila kipengele cha kemikali, na si tu kipengele, lakini pia dutu yoyote ya kemikali, inaweza kuwepo katika aina kadhaa. Aina sita za barafu, aina tisa za sulfuri, aina nne za chuma zinajulikana.

Wakati wa kujadili mchoro wa serikali, hatukuzungumza aina tofauti fuwele na kuchora eneo moja la imara. Na eneo hili la vitu vingi limegawanywa katika sehemu, ambayo kila moja inalingana na "daraja" fulani la mwili thabiti au, kama wanasema, awamu fulani ngumu (marekebisho fulani ya fuwele).

Kila awamu ya fuwele ina eneo lake la hali ya utulivu, iliyopunguzwa na aina fulani ya shinikizo na joto. Sheria za ubadilishaji wa aina moja ya fuwele kuwa nyingine ni sawa na sheria za kuyeyuka na kuyeyuka.

Kwa kila shinikizo, unaweza kutaja halijoto ambayo aina zote mbili za fuwele zitaishi pamoja kwa amani. Ikiwa hali ya joto imeongezeka, kioo cha aina moja kitageuka kuwa kioo cha aina ya pili. Ikiwa hali ya joto imepungua, mabadiliko ya kinyume yatatokea.

Ili sulfuri nyekundu kugeuka njano kwa shinikizo la kawaida, joto chini ya 110 ° C inahitajika. Juu ya joto hili, hadi kiwango cha kuyeyuka, mpangilio wa atomi tabia ya sulfuri nyekundu ni thabiti. Joto hupungua, vibrations ya atomi hupungua, na, kuanzia 110 ° C, asili hupata mpangilio rahisi zaidi wa atomi. Kuna mabadiliko ya fuwele moja hadi nyingine.

Hakuna aliyekuja na majina ya barafu sita tofauti. Kwa hivyo wanasema: barafu moja, barafu mbili, ...., barafu saba. Vipi saba, ikiwa kuna aina sita tu? Ukweli ni kwamba barafu nne haikugunduliwa wakati wa majaribio ya mara kwa mara.

Ikiwa maji yamesisitizwa kwa joto la karibu sifuri, basi kwa shinikizo la karibu 2000 atm barafu tano huundwa, na kwa shinikizo la karibu 6000 atm barafu sita huundwa.

Barafu mbili na barafu tatu ni thabiti kwa joto chini ya nyuzi sifuri.

Barafu saba - barafu ya moto; hutokea wakati maji ya moto yamebanwa kwa shinikizo la karibu 20,000 atm.

Barafu yote, isipokuwa barafu ya kawaida, ni nzito kuliko maji. Barafu inayozalishwa chini ya hali ya kawaida hufanya tabia isiyo ya kawaida; kinyume chake, barafu iliyopatikana chini ya hali tofauti na kawaida hufanya kawaida.

Tunasema kwamba kila marekebisho ya fuwele ina sifa ya eneo fulani la kuwepo. Lakini ikiwa ndivyo, grafiti na almasi zinapatikanaje chini ya hali sawa?

"Uasi" huo katika ulimwengu wa fuwele ni wa kawaida sana. Uwezo wa kuishi katika hali ya "kigeni" kwa fuwele ni karibu utawala. Ikiwa ili kuhamisha mvuke au kioevu kwenye maeneo mengine ya kuwepo, mtu anapaswa kutumia mbinu mbalimbali, basi kioo, kinyume chake, karibu kamwe hawezi kulazimishwa kubaki ndani ya mipaka iliyotolewa kwa asili.

Overheating na supercooling ya fuwele huelezewa na ugumu wa kubadili utaratibu mmoja hadi mwingine chini ya hali ya msongamano mkubwa. Salfa ya manjano inapaswa kugeuka nyekundu ifikapo 95.5°C. Kwa kupokanzwa kwa haraka zaidi au kidogo, "tutaruka" sehemu hii ya mageuzi na kuleta halijoto hadi kiwango myeyuko cha sulfuri 113°C.

Halijoto ya kweli ya mabadiliko ni rahisi kugundua fuwele zinapogusana. Ikiwa zimewekwa kwa karibu moja juu ya nyingine na kuwekwa kwenye 96 ° C, basi njano italiwa na nyekundu, na saa 95 ° C njano itachukua nyekundu. Tofauti na mpito wa "kioo-kioevu", mabadiliko ya "kioo-kioo" kawaida hucheleweshwa wakati wa baridi kali na joto kupita kiasi.

Katika baadhi ya matukio, tunashughulika na hali kama hizi za suala, ambazo zinapaswa kuishi katika halijoto tofauti kabisa.

Bati nyeupe inapaswa kugeuka kijivu wakati joto linapungua hadi +13 ° C. Kawaida tunashughulika na bati nyeupe na tunajua kuwa hakuna chochote kinachofanywa nayo wakati wa baridi. Inastahimili kikamilifu hypothermia ya digrii 20-30. Hata hivyo, katika hali ya baridi kali, bati nyeupe hugeuka kuwa kijivu. Kutojua ukweli huu ilikuwa mojawapo ya hali zilizoharibu msafara wa Scott kuelekea Ncha ya Kusini (1912). Mafuta ya kioevu yaliyochukuliwa na msafara huo yalikuwa kwenye vyombo vilivyotiwa bati. Katika homa kubwa, bati nyeupe iligeuka kuwa poda ya kijivu - vyombo havikuwa na unsoldered; na mafuta yalimwagika. Haishangazi kuonekana kwa matangazo ya kijivu kwenye bati nyeupe inaitwa pigo la bati.

Kama ilivyo kwa salfa, bati nyeupe inaweza kugeuzwa kuwa kijivu kwa joto chini ya 13 ° C; ikiwa tu punje ndogo ya aina ya kijivu huanguka kwenye kitu cha pewter.

Kuwepo kwa aina kadhaa za dutu moja na ucheleweshaji wa mabadiliko yao ya pamoja ni muhimu sana kwa teknolojia.

Kwenye joto la kawaida, atomi za chuma huunda kimiani cha ujazo kilicho katikati ya mwili ambamo atomi huchukua nafasi kwenye vipeo na katikati ya mchemraba. Kila chembe ina majirani 8. Kwa joto la juu, atomi za chuma huunda "kufunga" mnene - kila atomi ina majirani 12. Chuma na majirani 8 ni laini, chuma na majirani 12 ni ngumu. Inatokea kwamba inawezekana kupata chuma cha aina ya pili kwa joto la kawaida. Njia hii - ugumu - hutumiwa sana katika madini.

Ugumu unafanywa kwa urahisi sana - kitu cha chuma ni nyekundu-moto, na kisha hutupwa ndani ya maji au mafuta. Baridi hutokea kwa kasi sana kwamba mabadiliko ya muundo, ambayo ni imara kwa joto la juu, hawana muda wa kutokea. Kwa hivyo, muundo wa joto la juu utakuwepo kwa muda usiojulikana chini ya hali isiyo ya kawaida kwa ajili yake: recrystallization katika muundo imara huendelea polepole sana kwamba ni kivitendo haionekani.

Kuzungumza juu ya ugumu wa chuma, hatukuwa sahihi kabisa. Chuma huwashwa, yaani, chuma kilicho na sehemu za asilimia ya kaboni. Uwepo wa uchafu mdogo sana wa kaboni huchelewesha mabadiliko ya chuma ngumu kuwa laini na inaruhusu ugumu. Kuhusu chuma safi kabisa, haiwezekani kuifanya iwe ngumu - mabadiliko ya muundo yana wakati wa kutokea hata kwa baridi ya ghafla zaidi.

Kulingana na aina ya mchoro wa hali, kwa kubadilisha shinikizo au joto, mabadiliko fulani yanapatikana.

Mabadiliko mengi ya kioo-kwa-kioo yanazingatiwa na mabadiliko ya shinikizo pekee. Kwa njia hii, fosforasi nyeusi ilipatikana.

Mchele. 4.13

Iliwezekana kugeuza grafiti kuwa almasi tu kwa kutumia zote mbili joto la juu, na shinikizo kubwa. Kwenye mtini. 4.13 inaonyesha mchoro wa hali ya kaboni. Kwa shinikizo chini ya anga elfu kumi na kwa joto chini ya 4000 K, grafiti ni muundo thabiti. Kwa hivyo, almasi huishi katika hali ya "kigeni", hivyo inaweza kugeuka kwa urahisi kuwa grafiti. Lakini tatizo inverse ni ya manufaa ya vitendo. Haiwezekani kufanya mabadiliko ya grafiti kuwa almasi tu kwa kuongeza shinikizo. Mabadiliko ya awamu katika hali dhabiti yanaendelea polepole sana. Kuonekana kwa mchoro wa serikali kunapendekeza suluhisho sahihi: kuongeza shinikizo na joto kwa wakati mmoja. Kisha tunapata (kona ya kulia ya mchoro) kaboni iliyoyeyuka. Kuipoza chini shinikizo la juu, inabidi tuingie katika eneo la almasi.

Uwezekano wa vitendo wa mchakato huo ulithibitishwa mwaka wa 1955, na kwa sasa tatizo linachukuliwa kuwa kutatuliwa kitaalam.

Ikiwa unapunguza joto la mwili, basi mapema au baadaye itakuwa ngumu na kupata muundo wa fuwele. Haijalishi kwa shinikizo gani baridi hutokea. Hali hii inaonekana ya asili kabisa na inaeleweka kutoka kwa mtazamo wa sheria za fizikia, ambazo tayari tumefahamiana. Hakika, kwa kupunguza joto, tunapunguza ukali wa mwendo wa joto. Wakati harakati ya molekuli inakuwa dhaifu sana kwamba haiingiliani tena na nguvu za mwingiliano kati yao, molekuli hujipanga kwa mpangilio mzuri - huunda fuwele. Baridi zaidi itachukua kutoka kwa molekuli nishati yote ya harakati zao, na kwa sifuri kabisa dutu lazima iwepo kwa namna ya molekuli za kupumzika zilizopangwa katika kimiani ya kawaida.

Uzoefu unaonyesha kwamba vitu vyote vinatenda kwa njia hii. Wote, isipokuwa kwa moja na pekee: "kituko" kama hicho ni heliamu.

Tayari tumempa msomaji habari fulani kuhusu heliamu. Heliamu inashikilia rekodi ya halijoto yake muhimu. Hakuna dutu iliyo na joto muhimu chini ya 4.3 K. Hata hivyo, rekodi hii yenyewe haimaanishi chochote cha kushangaza. Jambo lingine ni la kushangaza: kwa heliamu ya baridi chini ya joto muhimu, kufikia karibu sifuri kabisa, hatutapata heliamu imara. Heliamu inabaki kioevu hata kwa sifuri kabisa.

Tabia ya heliamu haielezeki kabisa kutoka kwa mtazamo wa sheria za mwendo ambazo tumezielezea na ni moja ya ishara za uhalali mdogo wa sheria hizo za asili, ambazo zilionekana kuwa za ulimwengu wote.

Ikiwa mwili ni kioevu, basi atomi zake ziko kwenye mwendo. Lakini baada ya yote, baada ya kupoza mwili hadi sifuri kabisa, tuliondoa nguvu zote za harakati kutoka kwake. Tunapaswa kukubali kwamba heliamu ina nishati hiyo ya mwendo ambayo haiwezi kuondolewa. Hitimisho hili haliendani na mechanics ambayo tumekuwa tukishughulikia hadi sasa. Kulingana na mechanics hii ambayo tumejifunza, harakati za mwili zinaweza kupunguzwa kila wakati hadi kusimama kabisa kwa kuchukua nishati yake yote ya kinetic; kwa njia hiyo hiyo, inawezekana kuacha harakati za molekuli kwa kuchukua nishati zao wakati zinapogongana na kuta za chombo kilichopozwa. Kwa heliamu, mechanics kama hiyo haifai kabisa.

Tabia "ya ajabu" ya heliamu ni dalili ya ukweli wa umuhimu mkubwa. Tulikutana kwanza na kutowezekana kwa kutumia katika ulimwengu wa atomi sheria za kimsingi za mechanics, iliyoanzishwa na uchunguzi wa moja kwa moja wa mwendo wa inayoonekana. miili, sheria, ambayo ilionekana kuwa msingi usiotikisika wa fizikia.

Ukweli kwamba heliamu "inakataa" kung'aa kwa sifuri kabisa haiwezi kupatanishwa kwa njia yoyote na mechanics ambayo tumejifunza hadi sasa. Upinzani ambao tulikutana nao kwa mara ya kwanza - kutotii kwa ulimwengu wa atomi kwa sheria za mechanics - ni kiunga cha kwanza tu katika mlolongo wa migongano mkali na mkali zaidi katika fizikia.

Mizozo hii husababisha hitaji la kurekebisha misingi ya mechanics ulimwengu wa nyuklia. Marekebisho haya ni ya kina sana na husababisha mabadiliko katika uelewa wetu wote wa asili.

Haja ya marekebisho makubwa ya mechanics ya ulimwengu wa atomiki haimaanishi kwamba tunapaswa kukomesha sheria za mechanics ambazo tumejifunza. Itakuwa si haki kumlazimisha msomaji kujifunza mambo yasiyo ya lazima. Mitambo ya zamani ni ya haki kabisa duniani miili mikubwa. Tayari hii inatosha kutibu sura zinazofaa za fizikia kwa heshima kamili. Hata hivyo, ni muhimu pia kwamba idadi ya sheria za mechanics "ya zamani" kupita kwenye mechanics "mpya". Hii inajumuisha, hasa, sheria ya uhifadhi wa nishati.

Uwepo wa nishati "isiyoweza kuondolewa" kwa sifuri kabisa sio mali maalum ya heliamu. Inageuka; Nishati "sifuri" iko katika vitu vyote.

Ni katika heliamu tu nishati hii inatosha kuzuia atomi kuunda kimiani sahihi cha fuwele.

Si lazima kufikiri kwamba heliamu haiwezi kuwa katika hali ya fuwele. Kwa fuwele ya heliamu, ni muhimu tu kuongeza shinikizo hadi karibu 25 atm. Baridi inayofanywa kwa shinikizo la juu itasababisha kuundwa kwa heliamu ya fuwele imara na mali ya kawaida kabisa. Heliamu huunda kimiani cha ujazo kilicho katikati ya uso.

Kwenye mtini. 4.14 inaonyesha mchoro wa hali ya heliamu. Inatofautiana kwa kasi kutoka kwa michoro ya vitu vingine vyote kwa kutokuwepo kwa hatua tatu. Vipindi vya kuyeyuka na kuchemsha haviingiliani.

Mchele. 4.14

Na mchoro huu wa hali ya kipekee una kipengele kimoja zaidi: kuna maji mawili tofauti ya heliamu.Ni tofauti gani yao - utajifunza baadaye kidogo.

Ni wazi kutoka kwa hoja hapo juu kwamba kiwango cha kuchemsha cha kioevu kinapaswa kutegemea shinikizo la nje. Uchunguzi unathibitisha hili.

Shinikizo kubwa la nje, juu ya kiwango cha kuchemsha. Kwa hivyo, katika boiler ya mvuke kwa shinikizo inayofikia 1.6 10 6 Pa, maji haina kuchemsha hata kwa joto la 200 ° C. KATIKA taasisi za matibabu maji ya moto katika vyombo vilivyofungwa kwa hermetically - autoclaves (Mchoro 6.11) pia hutokea kwa shinikizo la juu. Kwa hiyo, kiwango cha kuchemsha ni cha juu zaidi kuliko 100 ° C. Autoclaves hutumiwa sterilize vyombo vya upasuaji, mavazi, nk.

Kinyume chake, kwa kupunguza shinikizo la nje, tunapunguza kiwango cha kuchemsha. Chini ya kengele ya pampu ya hewa, unaweza kufanya maji kuchemsha kwenye joto la kawaida (Mchoro 6.12). Unapopanda milima, shinikizo la anga hupungua, hivyo kiwango cha kuchemsha hupungua. Katika urefu wa 7134 m (Lenin Peak katika Pamirs), shinikizo ni takriban 4 10 4 Pa ​​(300 mm Hg). Maji huchemka huko karibu 70 ° C. Haiwezekani kupika, kwa mfano, nyama katika hali hizi.

Mchoro 6.13 unaonyesha utegemezi wa kiwango cha kuchemsha cha maji kwenye shinikizo la nje. Ni rahisi kuona kwamba curve hii pia ni curve inayoonyesha utegemezi wa shinikizo la mvuke uliojaa wa maji kwenye joto.

Tofauti katika sehemu za kuchemsha za kioevu

Kila kioevu kina kiwango chake cha kuchemsha. Tofauti katika pointi za kuchemsha za kioevu imedhamiriwa na tofauti katika shinikizo la mvuke zao zilizojaa kwa joto sawa. Kwa mfano, mvuke wa etha tayari kwenye joto la kawaida una shinikizo kubwa zaidi ya nusu ya shinikizo la anga. Kwa hiyo, ili shinikizo la mvuke wa ether kuwa sawa na anga, ongezeko kidogo la joto (hadi 35 ° C) inahitajika. Katika zebaki, mvuke zilizojaa zina shinikizo la kupuuza sana kwenye joto la kawaida. Shinikizo la mvuke wa zebaki inakuwa sawa na anga tu na ongezeko kubwa la joto (hadi 357 ° C). Ni kwa joto hili, ikiwa shinikizo la nje ni 105 Pa, kwamba zebaki huchemka.

Tofauti katika pointi za kuchemsha za dutu ni ya matumizi makubwa katika teknolojia, kwa mfano, katika mgawanyiko wa bidhaa za petroli. Wakati mafuta yanapokanzwa, sehemu zake za thamani zaidi, tete (petroli) hupuka kwanza kabisa, ambayo inaweza kutengwa na mabaki "nzito" (mafuta, mafuta ya mafuta).

Kioevu huchemka wakati shinikizo la mvuke wake ulijaa linalingana na shinikizo ndani ya kioevu.

§ 6.6. Joto la mvuke

Je, nishati inahitajika ili kugeuza kioevu kuwa mvuke? Pengine ndiyo! Sivyo?

Tulibainisha (tazama § 6.1) kwamba uvukizi wa kioevu unaambatana na baridi yake. Ili kudumisha hali ya joto ya kioevu kinachovukiza bila kubadilika, joto lazima lipewe kutoka nje. Bila shaka, joto yenyewe linaweza kuhamishiwa kwenye kioevu kutoka kwa miili inayozunguka. Kwa hiyo, maji katika kioo hupuka, lakini hali ya joto ya maji, ambayo ni ya chini kidogo kuliko joto la hewa inayozunguka, bado haibadilika. Joto huhamishwa kutoka hewa hadi maji hadi maji yote yamevukizwa.

Ili kuweka maji (au kioevu kingine chochote) kuchemsha, joto lazima pia liendelee kutolewa kwa hiyo, kwa mfano, kwa kupokanzwa na burner. Katika kesi hiyo, hali ya joto ya maji na chombo haina kupanda, lakini kiasi fulani cha mvuke huundwa kila pili.

Kwa hivyo, ili kubadilisha kioevu kuwa mvuke kwa uvukizi au kwa kuchemsha, uingizaji wa joto unahitajika. Kiasi cha joto kinachohitajika kubadilisha wingi fulani wa kioevu kuwa mvuke kwa joto sawa huitwa joto la uvukizi wa kioevu hicho.

Nishati inayotolewa kwa mwili inayotumika ni nini? Kwanza kabisa, kuongeza nishati yake ya ndani wakati wa mpito kutoka kwa kioevu hadi hali ya gesi: baada ya yote, katika kesi hii, kiasi cha dutu huongezeka kutoka kwa kiasi cha kioevu hadi kiasi cha mvuke iliyojaa. Kwa hivyo, umbali wa wastani kati ya molekuli huongezeka, na kwa hivyo nishati yao inayowezekana.

Kwa kuongeza, wakati kiasi cha dutu kinaongezeka, kazi hufanyika dhidi ya nguvu za shinikizo la nje. Sehemu hii ya joto ya mvuke kwenye joto la kawaida ni asilimia chache ya jumla ya joto la mvuke.

Joto la mvuke hutegemea aina ya kioevu, wingi wake na joto. Utegemezi wa joto la mvuke kwenye aina ya kioevu ina sifa ya thamani inayoitwa joto maalum la vaporization.

Joto maalum la uvukizi wa kioevu fulani ni uwiano wa joto la uvukizi wa kioevu kwa wingi wake:

(6.6.1)

Wapi r- joto maalum la vaporization ya kioevu; T- wingi wa kioevu; Q n ni joto lake la mvuke. Kitengo cha SI cha joto maalum la mvuke ni joule kwa kilo (J/kg).

Joto maalum la uvukizi wa maji ni kubwa sana: 2.256 10 6 J/kg kwa joto la 100 °C. Kwa vinywaji vingine (pombe, ether, zebaki, mafuta ya taa, nk), joto maalum la mvuke ni mara 3-10 chini.

Umewahi kuacha chupa ya maji kwa masaa kadhaa chini jua kali na kusikia sauti ya “kuzomea” ulipoifungua? Sauti hii husababishwa na shinikizo la mvuke. Katika kemia, shinikizo la mvuke ni shinikizo linalotolewa na mvuke wa kioevu ambacho huvukiza katika chombo kilichofungwa kwa hermetically. Ili kupata shinikizo la mvuke kwa joto fulani, tumia mlinganyo wa Clausius-Clapeyron: .

Hatua

Kwa kutumia mlinganyo wa Clausius-Clapeyron

Andika mlinganyo wa Clausius-Clapeyron unaotumika kukokotoa shinikizo la mvuke unavyobadilika kadri muda unavyopita. Fomula hii inaweza kutumika katika matatizo mengi ya kimwili na kemikali. Equation inaonekana kama hii: ln(P1/P2) = (ΔH mvuke /R)((1/T2) - (1/T1)), wapi:

Badilisha katika mlinganyo wa Clapeyron-Clausius thamani zilizotolewa za kiasi. Kazi nyingi hutoa maadili mawili ya joto na thamani ya shinikizo, au maadili mawili ya shinikizo na thamani ya joto.

• Kwa mfano, chombo kina kioevu kwenye joto la 295 K, na shinikizo la mvuke ni 1 anga (1 atm). Pata shinikizo la mvuke kwa 393 K. Hapa unapewa maadili mawili ya joto na thamani ya shinikizo, ili uweze kupata thamani nyingine ya shinikizo kwa kutumia equation ya Clausius-Clapeyron. Kwa kubadilisha maadili uliyopewa kwenye fomula, utapata: ln(1/P2) = (ΔH mvuke /R)((1/393) - (1/295)).
• Tafadhali kumbuka kuwa katika equation ya Clausius-Clapeyron, joto hupimwa kila mara kwa kelvins, na shinikizo katika vitengo vyovyote vya kipimo (lakini lazima ziwe sawa kwa P1 na P2).

1. Kubadilisha mara kwa mara. Mlinganyo wa Clausius-Clapeyron una viambajengo viwili: R na ΔH mvuke . R daima ni 8.314 J/(K×mol). Thamani ya mvuke ΔH (enthalpy of vaporization) inategemea dutu ambayo shinikizo la mvuke unajaribu kupata; hii mara kwa mara, kama sheria, inaweza kupatikana kwenye meza katika vitabu vya kemia au kwenye tovuti (kwa mfano,).

   • Katika mfano wetu, hebu sema kwamba kuna maji katika chombo. Mvuke wa ΔH wa maji ni 40.65 kJ/mol au sawa na 40650 J/mol.
   • Chomeka viunga kwenye fomula na utapata: ln(1/P2) = (40650/8314)((1/393) - (1/295)).

2. Tatua mlingano kwa kutumia shughuli za aljebra.

   • Katika mfano wetu, tofauti isiyojulikana iko chini ya ishara ya logarithm ya asili (ln). Ili kuondokana na logarithm ya asili, geuza pande zote mbili za equation kuwa nguvu ya mara kwa mara ya hisabati "e". Kwa maneno mengine, ln(x) = 2 → e ln(x) = e 2 → x = e 2 .
   • Sasa suluhisha equation:
   • ln(1/P2) = (40650/8.314)((1/393) - (1/295))
   • ln(1/P2) = (4889.34)(-0.00084)
   • (1/P2) = e(-4.107)
   • 1/P2 = 0.0165
   • P2 = 0.0165 -1 = 60.76 atm. Hii inaeleweka, kwani kuinua hali ya joto katika chombo kilichotiwa muhuri kwa digrii 100 kutaongeza uzalishaji wa mvuke, ambayo itaongeza sana shinikizo la mvuke.

   Kuhesabu shinikizo la mvuke katika suluhisho

   1. Andika sheria ya Raoult. KATIKA maisha halisi vinywaji safi ni nadra; mara nyingi tunashughulika na suluhisho. Suluhisho hutengenezwa kwa kuongeza kiasi kidogo cha kemikali fulani iitwayo "solute" kwa kiasi kikubwa cha kemikali nyingine iitwayo "solvent". Katika visa vya suluhisho, tumia sheria ya Raoult: , ambapo:

      • Suluhisho la P ni shinikizo la mvuke la suluhisho.
      • P kutengenezea ni shinikizo la mvuke wa kutengenezea.
      • X kutengenezea ni sehemu ya mole ya kutengenezea.
      • Ikiwa haujui "sehemu ya mole" ni nini, endelea.

   2. Tambua ni dutu gani itakuwa kutengenezea na ambayo itakuwa solute. Kumbuka kwamba kimumunyisho ni dutu ambayo huyeyuka kwenye kiyeyusho, na kiyeyusho ni dutu inayoyeyusha kiyeyusho.

      Pata joto la suluhisho, kwani hii itaathiri shinikizo lake la mvuke. Joto la juu, shinikizo la mvuke linaongezeka, kwani kwa joto la kuongezeka, uvukizi huongezeka.

      • Katika mfano wetu, hebu sema joto la syrup ni 298 K (karibu 25 ° C).

   3. Pata shinikizo la mvuke wa kutengenezea. Vitabu vya kemia vinatoa viwango vya shinikizo la mvuke kwa kemikali nyingi za kawaida, lakini kwa kawaida maadili haya hutolewa kwa 25°C/298 K au sehemu zake za kuchemka. Ikiwa umepewa joto kama hilo katika kazi, tumia maadili kutoka kwa vitabu vya kumbukumbu; vinginevyo, unahitaji kuhesabu shinikizo la mvuke kwa joto lililopewa la dutu.

      Tafuta sehemu ya mole ya kutengenezea. Ili kufanya hivyo, pata uwiano wa idadi ya moles ya dutu kwa jumla ya nambari moles ya vitu vyote vilivyo kwenye suluhisho. Kwa maneno mengine, sehemu ya mole ya kila dutu ni (idadi ya moles ya dutu) / (jumla ya idadi ya moles ya vitu vyote).

   4. Sasa, chomeka data na upate maadili kwenye hesabu ya Raoult iliyotolewa mwanzoni mwa sehemu hii ( Suluhisho la P = P kutengenezea X kutengenezea).

      • Katika mfano wetu:
      • Suluhisho la P = (23.8 mm Hg) (0.947)
      • P suluhisho = 22.54 mmHg Sanaa. Hii ina maana, kwa kuwa kiasi kidogo cha sukari hupasuka kwa kiasi kikubwa cha maji (kipimo katika moles; ni kiasi sawa katika lita), hivyo shinikizo la mvuke litapungua kidogo.

   Hesabu ya shinikizo la mvuke katika kesi maalum

   1. Ufafanuzi wa hali ya kawaida. Mara nyingi katika kemia, halijoto na shinikizo hutumiwa kama aina ya thamani "chaguo-msingi". Maadili haya huitwa joto la kawaida na shinikizo (au hali ya kawaida). Shida za shinikizo la mvuke mara nyingi hurejelea hali ya kawaida, kwa hivyo ni bora kukumbuka viwango vya kawaida:

      • Halijoto: 273.15K/0˚C/32F
      • Shinikizo: 760 mm Hg / 1 atm / 101.325 kPa

   2. Andika upya mlinganyo wa Clausius-Clapeyron ili kupata vigeu vingine. Sehemu ya kwanza ya makala hii ilionyesha jinsi ya kuhesabu shinikizo la mvuke wa vitu safi. Hata hivyo, si matatizo yote yanahitaji kupata shinikizo P1 au P2; katika matatizo mengi ni muhimu kuhesabu joto au thamani ya ΔH mvuke. Katika hali kama hizi, andika upya mlinganyo wa Clausius-Clapeyron, ukitenga kiasi kisichojulikana kwenye upande mmoja wa mlingano.

      • Kwa mfano, kutokana na kioevu kisichojulikana ambacho shinikizo la mvuke ni 25 Torr saa 273 K na 150 Torr saa 325 K. Unahitaji kupata enthalpy ya vaporization ya kioevu hiki (yaani, ΔH mvuke). Suluhisho la tatizo hili:
      • ln(P1/P2) = (ΔH mvuke /R)((1/T2) - (1/T1))
      • (ln(P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = (ΔH mvuke /R)
      • R × (ln(P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = mvuke wa ΔH Sasa badilisha maadili uliyopewa kwa ajili yako:
      • 8.314 J/(K × mol) × (-1.79)/(-0.00059) = ΔH mvuke
      • 8.314 J/(K × mol) × 3033.90 = ΔH mvuke = 25223.83 J/mol

   3. Fikiria shinikizo la mvuke wa solute. Katika mfano wetu kutoka kwa sehemu ya pili ya kifungu hiki, solute - sukari - haina kuyeyuka, lakini ikiwa solute hutoa mvuke (hupuka), shinikizo la mvuke linapaswa kuzingatiwa. Ili kufanya hivyo, tumia fomu iliyobadilishwa ya equation ya Raoult: Suluhisho la P = Σ (P dutu X dutu), ambapo ishara Σ (sigma) ina maana kwamba ni muhimu kuongeza shinikizo la mvuke wa vitu vyote vinavyounda suluhisho.

      • Kwa mfano, fikiria suluhisho linalojumuisha kemikali mbili: benzene na toluini. Kiasi cha jumla cha suluhisho ni mililita 120 (ml); 60 ml benzini na 60 ml toluini. Joto la suluhisho ni 25 ° C, na shinikizo la mvuke saa 25 ° C ni 95.1 mmHg. kwa benzini na 28.4 mm Hg. kwa toluini. Shinikizo la mvuke la suluhisho lazima lihesabiwe. Tunaweza kufanya hivyo kwa kutumia msongamano wa vitu, uzani wao wa Masi na viwango vya shinikizo la mvuke:
      • Uzito (benzini): 60 ml = 0.06 L × 876.50 kg / 1000 L = 0.053 kg = 53 g
      • Uzito (toluini): 0.06 L × 866.90 kg / 1000 L = 0.052 kg = 52 g
      • Mole (benzene): 53 g × mol 1 / 78.11 g = 0.679 mol
      • Mole (toluini): 52 g × mol 1 / 92.14 g = 0.564 mol
      • Jumla ya idadi ya moles: 0.679 + 0.564 = 1.243
      • Sehemu ya mole (benzene): 0.679/1.243 = 0.546
      • Sehemu ya mole (toluini): 0.564/1.243 = 0.454
      • Suluhisho: Suluhisho la P = P benzene X benzini + P toluini X toluini
      • Suluhisho la P = (95.1 mmHg) (0.546) + (28.4 mmHg) (0.454)
      • Suluhisho la P = 51.92 mmHg Sanaa. + 12.89 mmHg Sanaa. = 64.81 mmHg Sanaa.
   • Ili kutumia mlinganyo wa Clausius, halijoto lazima ibainishwe kwa digrii Kelvin (inayoonyeshwa na K). Ikiwa una halijoto katika Selsiasi, unahitaji kuibadilisha kwa kutumia fomula ifuatayo: T k = 273 + T c
   • Njia iliyo hapo juu inafanya kazi kwa sababu nishati inalingana moja kwa moja na kiasi cha joto. Joto la maji ni sababu pekee mazingira ambayo shinikizo la mvuke inategemea.

MWEKA WA KIOEVU

Mwako wa vinywaji una sifa ya matukio mawili yanayohusiana - uvukizi na mwako wa mchanganyiko wa mvuke-hewa juu ya uso wa kioevu. Kwa hivyo, mwako wa vinywaji hufuatana sio tu na mmenyuko wa kemikali(oxidation, kugeuka kuwa mwako wa moto), lakini pia matukio ya kimwili (uvukizi na uundaji wa mchanganyiko wa mvuke-hewa juu ya uso wa kioevu), bila ambayo mwako hauwezekani.

Mpito wa dutu kutoka kwa hali ya kioevu hadi hali ya mvuke inaitwa mvuke. Kuna aina mbili za mchakato huu: uvukizi na kuchemsha. Uvukizi- hii ni mpito wa kioevu hadi mvuke kutoka kwa uso wa bure kwa joto chini ya kiwango cha kuchemsha cha kioevu (tazama Mchoro 4.1). Uvukizi hutokea kama matokeo ya harakati ya joto ya molekuli za kioevu. Kasi ya mwendo wa molekuli inatofautiana sana, inapotoka sana katika pande zote mbili kutoka kwa thamani yake ya wastani. Baadhi ya molekuli zilizo na nishati ya kinetiki kubwa ya kutosha hutoka kwenye safu ya uso wa kioevu hadi kwenye gesi (hewa). Nishati ya ziada ya molekuli iliyopotea na kioevu hutumiwa kwa kushinda nguvu za mwingiliano kati ya molekuli na kazi ya upanuzi (kuongezeka kwa kiasi) wakati wa mpito wa kioevu kwenye mvuke. Kuchemka- hii ni uvukizi sio tu kutoka kwa uso, bali pia kutoka kwa kiasi cha kioevu kwa kuundwa kwa Bubbles za mvuke kwa kiasi kizima na kutolewa kwao. Uvukizi huzingatiwa kwa joto lolote la kioevu. Kuchemsha hutokea tu kwa joto ambalo shinikizo la mvuke iliyojaa hufikia thamani ya shinikizo la nje (anga).

Kwa sababu ya mwendo wa Brownian katika eneo la gesi, mchakato wa nyuma pia hufanyika - condensation. Ikiwa kiasi juu ya kioevu kimefungwa, basi kwa joto lolote la kioevu, usawa wa nguvu huanzishwa kati ya michakato ya uvukizi na condensation.

Mvuke katika usawa na kioevu inaitwa mvuke ulijaa. Hali ya usawa inalingana na mkusanyiko wa mvuke uliowekwa kwa joto fulani. Shinikizo la mvuke katika usawa na kioevu inaitwa shinikizo la mvuke iliyojaa.

Mchele. 4.1. Mpango wa uvukizi wa kioevu katika: a) chombo wazi, b) chombo kilichofungwa

Shinikizo la mvuke iliyojaa (p n.p.) ya kioevu kilichopewa kwa joto la mara kwa mara ni mara kwa mara na haibadilishwa kwa hiyo. Thamani ya shinikizo la mvuke ya kueneza imedhamiriwa na joto la kioevu: kwa kuongezeka kwa joto, shinikizo la mvuke ya kueneza huongezeka. Hii ni kutokana na ongezeko la nishati ya kinetic ya molekuli za kioevu na joto la kuongezeka. Katika kesi hii, sehemu inayoongezeka ya molekuli inageuka kuwa na nishati ya kutosha kupita kwenye mvuke.

Kwa hiyo, juu ya uso (kioo) cha kioevu daima kuna mchanganyiko wa mvuke-hewa, ambayo katika hali ya usawa ina sifa ya shinikizo la mvuke iliyojaa ya kioevu au mkusanyiko wao. Kwa kuongezeka kwa joto, shinikizo la mvuke iliyojaa huongezeka kulingana na mlinganyo wa Claiperon-Clasius:

, (4.1)

au katika hali ya jumla:

, (4.2)

wapi p n.p. - shinikizo la mvuke iliyojaa, Pa;

DH isp ni joto la mvuke, kiasi cha joto ambacho ni muhimu kubadili kitengo cha kioevu katika hali ya mvuke, kJ / mol;

T ni joto la kioevu, K.

Mkusanyiko wa mvuke uliojaa C juu ya uso wa kioevu unahusiana na shinikizo lake na uhusiano:

. (4.3)

Kutoka (4.1 na 4.2) inafuata kwamba joto la kioevu linapoongezeka, shinikizo la mvuke zilizojaa (au mkusanyiko wao) huongezeka kwa kasi. Katika suala hili, kwa joto fulani, mkusanyiko wa mvuke huundwa juu ya uso wa kioevu, sawa na kikomo cha chini cha uenezi wa moto. Halijoto hii inaitwa kikomo cha joto cha chini cha uenezi wa moto (LTLP).

Kwa hiyo, kwa kioevu chochote daima kuna muda wa joto ambao mkusanyiko wa mvuke iliyojaa juu ya kioo itakuwa katika eneo la moto, yaani, HKPRP £ j n £ VKPRP.

Ili kudhibiti shinikizo la uvukizi, tumia kidhibiti cha KVP, ambacho kimewekwa kwenye mstari wa kunyonya chini ya mto wa evaporator (Mchoro 6.13).

Mbali na kazi yake kuu, mdhibiti wa shinikizo la kuyeyuka hutoa ulinzi katika tukio la kushuka kwa nguvu kwa shinikizo la kuyeyuka ili kuzuia kufungia kwa maji yaliyopozwa kwenye njia ya kubadilishana joto ya evaporators ya chillers ya maji.

Mdhibiti hufanya kazi kama ifuatavyo: wakati shinikizo linaongezeka juu ya shinikizo la kuweka, mdhibiti hufungua, na wakati shinikizo linapungua chini ya thamani iliyowekwa, inafunga. Ishara ya udhibiti ni shinikizo tu kwenye ghuba kwa mdhibiti.

Katika mitambo na evaporators kadhaa na kufanya kazi kwa shinikizo tofauti za uvukizi, mdhibiti umewekwa baada ya evaporator, ambayo shinikizo ni kubwa zaidi. Ili kuepuka condensation ya friji wakati wa kuacha, valve isiyo ya kurudi imewekwa kwenye mstari wa kunyonya mara moja baada ya evaporator na shinikizo la chini. Katika mitambo na evaporators sambamba na compressor ya kawaida, mdhibiti imewekwa kwenye mstari wa kunyonya ili kudumisha shinikizo sawa katika evaporators.

Mbali na aina hii ya mdhibiti, shinikizo la uvukizi limeimarishwa kwa kutumia mifumo ya udhibiti wa elektroniki ya moja au zaidi. vyumba vya baridi, makabati, nk, kutoa usahihi wa juu wa kudumisha joto la kuweka (± 0.5 K) katika aina mbalimbali za uwezo wa baridi - kutoka 10 hadi 100% ya thamani ya majina.

8. Vidhibiti vya utendaji.

Vidhibiti vya uwezo (Mchoro 6.14) husaidia uwezo wa baridi wa compressor kukabiliana na mabadiliko ya mzigo wa joto kwenye evaporator katika mitambo yenye malipo ya chini sana ya friji. Wanaepuka shinikizo la chini la kunyonya na kuanza bila maana.

Wakati mzigo wa joto kwenye evaporator hupungua, shinikizo la kunyonya hupungua, na kusababisha utupu katika mzunguko, ambayo husababisha hatari ya unyevu kuingia kwenye ufungaji. Wakati shinikizo la kunyonya linaanguka chini ya thamani iliyowekwa, mdhibiti hufungua, na kusababisha kiasi fulani cha gesi za moto kupita kutoka kwa kutokwa hadi kwenye kuvuta. Matokeo yake, shinikizo la kunyonya huongezeka na uwezo wa baridi hupungua. Mdhibiti humenyuka tu kwa shinikizo katika mstari wa kunyonya, i.e. wakati wa kutoka kwake.

9. Kuanzia vidhibiti.

Wasimamizi wa mwanzo hufanya iwezekanavyo kuepuka kukimbia na kuanza compressor kwa maadili ya shinikizo la juu sana la kunyonya, ambayo hutokea baada ya kusimamishwa kwa muda mrefu kwa mashine au baada ya kufuta evaporator.

Mdhibiti wa kuanzia KVL ni wa aina ya wasimamizi wa shinikizo la throttling "baada ya yenyewe". Inashikilia shinikizo la mara kwa mara katika mstari wa kunyonya kati ya mdhibiti na compressor na kupakua compressor wakati wa kuanza.

Shinikizo la uingizaji wa kidhibiti hufanya kazi kwenye mvukuto kutoka chini na kwenye sahani ya valve kutoka juu. Kwa kuwa eneo linalofaa la mvukuto ni sawa na eneo la orifice, shinikizo la kuingiza halijabadilishwa. Shinikizo la pato (kwenye crankcase) hufanya kazi kwenye sahani ya valve kutoka chini, ikikabiliana na nguvu ya mvutano wa chemchemi inayoweza kubadilishwa. Nguvu hizi mbili ni nguvu kazi mdhibiti. Wakati shinikizo lililodhibitiwa kwenye duka (kwenye crankcase) linapungua, valve inafungua, kupitisha mvuke wa jokofu kwenye compressor. Kwa vitengo vya friji uwezo wa juu, uwekaji sambamba wa vidhibiti vya kuanza kwa KVL inawezekana. Katika kesi hiyo, wasimamizi huchaguliwa kutoka kwa hali ya kushuka kwa shinikizo sawa katika kila bomba na utendaji sawa.

Mdhibiti hurekebishwa kwa viwango vya juu, bila kuzidi, hata hivyo, maadili yaliyopendekezwa na mtengenezaji kwa compressor au kitengo cha kufupisha. Mpangilio unafanywa kulingana na usomaji wa kipimo cha shinikizo kwenye mstari wa kunyonya wa compressor.

Mdhibiti wa mwanzo umewekwa kwenye mstari wa kunyonya kati ya evaporator na compressor (Mchoro 6.15).

Katika mdhibiti huu, inawezekana kuunganisha mstari wa uchimbaji wa mvuke kwa njia ya plagi ya manometric kwenye bomba la inlet yenye kipenyo cha 1/4 ". Kwa njia hii ya udhibiti, uchimbaji wa mvuke unafanywa "baada ya yenyewe".

Chaguo la mdhibiti wa kuanzia imedhamiriwa na viashiria vitano kuu:

Aina ya friji

utendaji wa mfumo,

shinikizo la muundo wa kunyonya,

Shinikizo la juu la muundo,

kushuka kwa shinikizo katika mdhibiti.

Tofauti kati ya muundo na shinikizo la juu la kunyonya huamua muda gani valve itafungua. Kushuka kwa shinikizo kwenye kidhibiti ni jambo muhimu, kwani hasara za shinikizo kwenye laini ya kunyonya huathiri utendaji wa mashine. Kwa hiyo, kushuka kwa shinikizo kwenye mdhibiti lazima kuwekwa kwa kiwango cha chini. Kwa kawaida, katika mifumo ya friji ya chini ya joto, kushuka kwa shinikizo ni 3 ... 7 kPa. Shinikizo la juu kwa mifumo mingi ya friji ni 14 kPa.

Katika ufunguzi wa juu wa valve, mdhibiti, kwa upande mmoja, hutoa utendaji wa juu, na kwa upande mwingine, husababisha hasara kubwa za shinikizo, ambayo hupunguza utendaji wa mfumo. Kwa hiyo, kushuka kwa shinikizo kwenye mdhibiti lazima kuwekwa chini iwezekanavyo.