Відкрити головне меню

Перегріта рідина

рідина, що нагріта до температури, вищої за температуру кипіння
Ізотерми реального газу (схематично)
Лінії:
Сині — ізотерми за температури нижчої від критичної. Зелені ділянки на них — метастабільні стани.
Червона — критична ізотерма.
Блакитні — надкритичні ізотерми.
Точки:
Точка F — точка кипіння.
Точка K — критична точка.
Точка G — точка роси.
Ділянки:
Ділянка, що лежить лівіше від точки F — нормальна рідина.
Пряма FG — рівновага рідкої і газоподібної фази.
Ділянка FA — перегріта рідина.
Ділянка F′A — розтягнена рідина (p<0)
Ділянка AC — аналітичне продовження ізотерми, фізично неможливий стан.
Ділянка CG — пересичена (переохолоджена) пара.
Ділянка, що лежить правіше від точки G — нормальний газ (перегріта пара).
Примітка: Площі фігур FAB і GCB однакові.

Перегрі́та рідина́ (англ. superheated liquid) — рідина, що нагріта до температури, вищої за температуру кипіння[1]. Перегріта рідина є прикладом метастабільного стану, який за певних умов у низці енергетичних і технологічних режимів спричиняє такі специфічні динамічні явища, як вибухоподібне закипання за рахунок накопиченого тепла, нестійкість поверхні розділення рідина-пара, формування фронту фазового переходу.

Загальні поняттяРедагувати

Величина перегріву залежить від низки фізико-хімічних властивостей як самої рідини, так і граничних твердих поверхонь. Ретельно очищені рідини позбавлені розчинених газів (повітря), можна при дотриманні особливих запобіжних засобів перегріти на десятки градусів без закипання. Коли така перегріта рідина врешті-решт закипає, то процес кипіння протікає вельми бурхливо, нагадуючи вибух. Закипання перегрітої рідини супроводжується розбризкуванням рідини, гідравлічними ударами й інколи навіть руйнуванням посудини. Теплота перегріву витрачається на паротворення, тому рідина швидко охолоджується до температури насиченої пари, з якою вона перебуває у рівновазі. Можливість значного перегрівання чистої рідини без кипіння пояснюється утрудненістю виникнення початкових маленьких бульбашок (зародків), їх утворенню перешкоджає значне взаємне притягання молекул рідини. По іншому відбувається, коли рідина містить розчинені гази й різні найдрібніші завішені тверді часточки. В цьому випадку вже незначне перегрівання (на десяті долі градуса) викликає стійке і спокійне кипіння, оскільки початковими зародками парової фази служать газові бульбашки та тверді частки. Основні центри пароутворення мають місце в точках поверхні, до якої підводиться тепло і є найдрібніші пори з адсорбованим газом, а також різні неоднорідності, включення і нальоти, які знижують молекулярне зчеплення рідини з поверхнею.

Умови існування перегрітої рідиниРедагувати

Існування перегрітих (метастабільних) станів пов'язане із утрудненістю початкової стадії фазового переходу першого роду. Преривчастий характер переходу ( ,  ; тут   — питома ентропія,   — питомий об'єм) виключає можливість перетворення одночасно у всій масі речовини у стані, близькому до фазової рівноваги. Фазовий перехід починається в окремих «точках» однорідної системи, ці точки повинні задовольняти умову   (  — радіус зародка,   — радіус критичного зародка) — тоді ріст нової фази супроводжується зменшенням термодинамічного потенціалу.

Характеристикою потенціального бар'єру, який слід подолати зародку для досягнення критичного розміру, є робота з утворення критичного зародка:

 
 

де

  •   — об'єм критичної бульбашки;
  •   — радіус критичної бульбашки;
  •   — тиск пари на лінії насичення (при даній  );
  •   — тиск у рідині;
  •   — питомий об'єм рідини;
  •   — питомий об'єм пари.

  також можна записати через рівноважні властивості:

 

де   — коефіцієнт поверхневого натягу.

ПрикладиРедагувати

Якщо з рідини видалити розчинене повітря (багатократним кип'ятінням) і можливі центри пароутворення (пилинки, іони тощо), то можна нагріти рідину до температури, дещо вищої від температури кипіння. Такий стан називається перегрітою рідиною. Стан перегрітої рідини також можна одержати і при зниженні зовнішнього тиску до рівня нижчого за тиск насиченої пари рідини за даної температури.

Аргон за атмосферного тиску:

  • tнасичення = −186 °C
  • tдосяжного перегрівання = −142 °C.

Звідси видно, що досяжне перегрівання становить 44 градуси.

Вода дозволяє стійке перегрівання до 200 °C. Нагріта до 300 °C вода може існувати у рідкому стані за атмосферного тиску протягом часу порядку декількох мікросекунд.

Див. такожРедагувати

ПриміткиРедагувати

  1. Яворський Б. М., Детлаф А. А., Лебедев А. К. Довідник з фізики для інженерів та студентів вищих навчальних закладів / Переклад з 8-го переробл. і випр. вид. Т.: Навчальна книга — Богдан, 2007. — 1040 с. — C.277-278. — ISBN 966-692-818-3

ДжерелаРедагувати

  • Ривкин С. Л., Александров А. А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник. — 2-е изд., перераб., и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 80 с.
  • Скрипов В. П. Метастабильная жидкость. М.: Наука, 1972. — 312 с.
  • Теплофизические свойства жидкостей в метастабильном состоянии / В. П. Скрипов, Е. Н. Синицын, П. А. Павлов и др. М.: Атомиздат, 1980. — 208 с.
  • Павлов П. А. Динамика вскипания сильно перегретых жидкостей. Свердловск, 1988. — 248 с.
  • Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0

ПосиланняРедагувати