Перегретая жидкость

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Изотермы реального газа (схематично)

Синие — изотермы при температуре ниже критической. Зелёные участки на них — метастабильные состояния.

Участок левее точки F — нормальная жидкость.
Точка F — точка кипения.
Прямая FG — равновесие жидкой и газообразной фазы.
Участок FA — перегретая жидкость.
Участок F′A — растянутая жидкость (p<0).
Участок AC — аналитическое продолжение изотермы, физически невозможен.
Участок CG — переохлаждённый пар.
Точка G — точка росы.
Участок правее точки G — нормальный газ.
Площади фигуры FAB и GCB равны.

Красная — критическая изотерма.
K — критическая точка.

Голубые — сверхкритические изотермы

Перегре́тая (метастаби́льная) жи́дкость — жидкость, нагретая выше температуры кипения. Перегретая жидкость является примером метастабильного состояния, в ряде энергетических и технологических режимов вызывает такие специфические динамические явления, как взрывообразное вскипание за счёт запасённого тепла, неустойчивость поверхности раздела жидкость-пар, формирование фронта фазового перехода.

Существование перегретых (метастабильных) состояний связано с затруднённостью начальной стадии фазового перехода первого рода. Прерывистый характер перехода (, ; здесь  — удельная энтропия,  — удельный объём) исключает возможность превращения одновременно во всей массе вещества вблизи равновесия. Фазовый переход начинается в отдельных «точках» однородной системы, эти точки должны удовлетворять условию ( — радиус зародыша,  — радиус критического зародыша) — тогда рост новой фазы сопровождается убылью термодинамического потенциала.

Характеристикой потенциального барьера, который нужно преодолеть зародышу для достижения критического размера, есть работа образования критического зародыша:

где

  •  — объём критического пузырька,
  •  — радиус критического пузырька,
  •  — давление пара на линии насыщения (при данной ),
  •  — давление в жидкости,
  •  — удельный объём жидкости,
  •  — удельный объём пара.

также можно записать через равновесные свойства:

где  — коэффициент поверхностного натяжения.

Примеры[править | править код]

Аргон, атмосферное давление:

  • Тнасыщения = −186 °C
  • Тдостижимого перегрева = −142 °C.

Как видно, на опыте достигается перегрев в 44 градуса.

Вода позволяет устойчивый перегрев до 200 °C. Нагретая до 300 °C вода может существовать в жидком состоянии при атмосферном давлении на протяжении времени порядка микросекунд.[1]

Перегретую жидкость можно получить, нагревая воду в СВЧ-печи. Это очень частая причина ожогов, когда вода кажется некипящей, но после легкого толчка вода начинает быстро кипеть.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. «Наука Урала» № 12. Май 2009

Литература[править | править код]

В. Е. Виноградов. Исследование вскипания перегретых и растянутых жидкостей (Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора физико-математических наук) 43. Институт теплофизики Уральского отделения РАН (2006). Проверено 28 июля 2011. Архивировано 22 августа 2011 года.

Ссылки[править | править код]