что такое критическая температура газа

Критическая точка (термодинамика)

Из Википедии — свободной энциклопедии

Внешние изображения
	1 Критическая кривая для системы пропан — изопентан [1]
	2 Кривая расслоения в системе с нижней критической точкой вода — 4-метил-3-этилпиридин, в которой достижению верхней критической точки препятствует кипение смеси [2]
	3 Примеры сложных фазовых диаграмм с верхней и нижней критическими точками расслоения [3]
	4 Критическая кривая расслоения k1K в системе из трёх жидкостей, две из которых ограниченно растворяются друг в друге [4]
	5 Пример критической кривой на пространственной диаграмме состояния [5]

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

где ρ_crit — критическая плотность вещества, г/см³; M — молярная масса вещества, г/моль; V_crit — критический удельный объём вещества, см³/моль.

При температуре выше критической газ невозможно перевести в жидкое состояние ни при каком давлении.

У смесей или растворов следует различать критическую точку равновесия жидкость — пар и критическую точку равновесия фаз различного состава, находящихся в одном агрегатном состоянии (жидкость — жидкость, газ — газ). В связи с этим критическая точка смесей (растворов) дополнительно характеризуется критической концентрацией компонентов. В результате увеличения числа параметров, определяющих состояние системы, у смесей имеется не одна критическая точка, а совокупность критических точек, образующих кривую критических точек [6] (критическую кривую [7] [8] ). Пример такой кривой приведён на внешнем изображении 1.

Источник

Что такое критическая температура газа

Критическая температура

Как превратить газ в жидкость? График кипения отвечает на этот вопрос. Превратить газ в жидкость можно, либо уменьшая температуру, либо увеличивая давление.

В XIX веке повышение давления представлялось задачей более легкой, чем понижение температуры. В начале этого столетия великому английскому физику Михаилу Фараде удалось сжать газы до значений упругости паров и таким способом превратить в жидкость много газов (хлор, углекислый газ и др.).

На самом же деле неудачи были вызваны непониманием одного важного обстоятельства.

Рассмотрим жидкость и пар, находящиеся в равновесии, и подумаем, что происходит с ними при возрастании температуры кипения и, разумеется, соответствующем возрастании давления. Иначе говоря, представим себе, что точка на графике кипения движется вдоль кривой вверх. Ясно, что жидкость при повышении температуры расширяется и плотность ее падает. Что же касается пара, то увеличение температуры кипения? разумеется, способствует его расширению, но, как мы уже говорили, давление насыщенного пара растет значительно быстрее, чем температура кипения. Поэтому плотность пара не падает, а, наоборот, быстро растет с увеличением температуры кипения.

Поскольку плотность жидкости падает, а плотность пара растет, то, двигаясь «вверх» по кривой кипения, мы неминуемо доберемся до такой точки, в которой плотности жидкости и пара сравняются (рис. 4.3).

В этой замечательной точке,- которая называется критической, кривая кипения обрывается. Так как все различия между газом и жидкостью связаны с разницей в плотности, то в критической точке свойства жидкости и газа становятся одинаковыми. Для каждого вещества существует своя критическая температура и свое критическое давление. Так, для воды критическая точка соответствует температуре 374°С и давлению 218,5 атм.

Если сжимать газ, температура которого ниже критической, то процесс его сжатия изобразится стрелкой, пересекающей кривую кипения (рис. 4.4). Это значит, что в момент достижения давления, равного упругости пара (точка пересечения стрелки с кривой кипения), газ начнет конденсироваться в жидкость. Если бы наш сосуд был прозрачным, то в этот момент мы увидели бы начало образования слоя жидкости на дне сосуда. При неизменном давлении слой жидкости будет расти, пока, наконец, весь газ не превратится в жидкость. Дальнейшее сжатие потребует уже увеличения давления.

Совершенно иначе обстоит дело при сжатии газа, температура которого выше критической. Процесс сжатия опять-таки можно изобразить в виде стрелки, идущей снизу вверх. Но теперь эта стрелка не пересекает кривую кипения. Значит, при сжатии пар не будет конденсироваться, а будет лишь непрерывно уплотняться.

Таким образом, всегда возможно, изменяя давление и температуру в обход критической точки, получить пар путем непрерывного перехода его из жидкости или жидкость из пара. Такой непрерывный переход не требует кипения или конденсации.

Источник

Что такое критическая температура газа

Выполнила: Ковалкова А.А.

Цель: Узнать, разобраться и понять суть критического состояния вещества и критической температуры.
Задачи:
-объяснить значение и раскрыть понятия критического состояния вещества и критической температуры;
-показать их зависимость от веществ на графиках;
-рассказать про изменение плотности жидкости и ее насыщенного пара при критической температуре;
-дать информацию об экспериментальном исследовании критического состояния, выполненного русским ученым.

Критическое состояние вещества

Сходство свойств ненасыщенных паров и газов натолкнуло М. Фарадея на предположение: не являются ли газы ненасыщенными парами соответствующих жидкостей? Если предположение верно, то можно попытаться сделать их насыщенными и сконденсировать. Действительно, сжатием удалось сделать насыщенными многие газы, кроме шести, которые М. Фарадей назвал «постоянными»: это азот, водород, воздух, гелий, кислород, оксид углерода CO.
Чтобы понять, в чем здесь дело, изучим подробнее изотермический процесс сжатия (расширения) пара. Мы видели, что изотерма реального газа отличается от изотермы идеального газа наличием горизонтального участка, соответствующего области существования двухфазной системы: насыщенного пара и жидкости.
Если проводить опыты при более высоких температурах (T1 веществ

Критическая температура T _кр — это такая температура, при которой плотность жидкости и плотность ее насыщенного пара становятся одинаковыми, т.е. находятся в динамическом равновесии. Каждое вещество имеет свою критическую температуру. Например, критическая температура для углекислоты СО₂ равна t_к = 31 °С, а для воды —t_к= 374 °С.

На изотермах при Т = T_кр горизонтальный участок превращается в точку перегиба К.

Давление насыщенного пара какого-либо вещества при его критической температуре называется критическим давлением p_кр. Оно является наибольшим возможным давлением насыщенных паров вещества.

Плотность жидкости и ее насыщенного пара при критической температуре

При увеличении температуры возрастает плотность насыщенного пара. Плотность жидкости, находящейся в равновесии со своим паром, наоборот, уменьшается вследствие ее расширения при нагревании.

Если на одном рисунке начертить кривые зависимости плотности жидкости и ее насыщенного пара от температуры, то для жидкости кривая пойдет вниз, а для пара — вверх. При критической температуре обе кривые сливаются, т. е. плотность жидкости становится равной плотности пара. Различие между жидкостью и паром исчезает.

Существование критической температуры вещества объясняет, почему при обычных температурах одни вещества могут быть как жидкими, так и газообразными, а другие остаются газами.

Выше критической температуры жидкость не образуется даже при очень высоких давлениях.

Таким образом, видно, что принципиальной разницы между газом и паром нет. Обычно газом называют вещество в газообразном состоянии, когда его температура выше критической. Паром называют также вещество в газообразном состоянии, но когда его температура ниже критической. Пар можно перевести в жидкость одним только увеличением давления, а газ нельзя.

Экспериментальное исследование критического состояния

Эксперименты по изучению критического состояния выполнил в 1863 г. русский ученый М. П. Авенариус. Прибор, с помощью которого можно наблюдать критическое состояние (прибор Авенариуса), состоит из воздушной ванны и находящейся внутри ванны запаянной стеклянной трубочки (ампулы) с жидким эфиром. Объем ампулы (ее вместимость) равен критическому объему эфира, налитого в трубочку. Пространство над эфиром в ампуле заполнено насыщенным паром эфира.

Если сжимать газ, поддерживая его температуру выше критической, причем, как и раньше, начать с очень больших объемов, то уменьшение объема приведет к возрастанию давления в соответствии с уравнением состояния идеального газа. Однако если при температуре ниже критической при определенном давлении происходила конденсация пара, то теперь образования жидкости в сосуде наблюдаться не будет. При температуре выше критической газ нельзя обратить в жидкость ни при каких давлениях. В этом и состоит основное значение понятия критической температуры.

Состояние вещества, характеризуемое критическими параметрами р_кр (давление), V_кр (удельный объем), Т_кр (температура), называется критическим состоянием.

Удельная теплота парообразования, коэффициент поверхностного натяжения при Т=Т_кр обращается в нуль.

При температурах Т>Т_кр даже при очень больших давлениях невозможно превращение пара в жидкость.

При сверхкритических температурах возможно только парообразное состояние вещества.

Список литературы и источников:

1.Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 176-178.

Мини-проект по теме «Критическая температура. Критическое состояние».

Выполнила Макарова Анастасия

Задачи:
1) Краткие сведения о критической температуре и критическом состоянии
2) Свойства критической температуры
3) Рассмотреть тройной график
4) Определить, где применяются знания о критической температуре

Краткие сведения о критической температуре и критическом состоянии:
Существование критической температуры было впервые предсказано в 1860г. Д.И.Менделеевым. Исследуя изменение поверхностного натяжения жидкости в зависимости от температуры, Менделеев пришел к выводу, что должна существовать такая температура, при которой на данной жидкости поверхностное натяжение равно нулю и, таким образом, исчезают мениск (искривлённая поверхность жидкости в капиллярной трубке или между близко расположенными твёрдыми стенками) жидкости и различие между жидкостью и ее насыщенным паром. Это и есть критическая температура.
Идеи Менделеева несколько лет спустя были полностью подтверждены опытами Эндрюса.
Первые наиболее обширные и систематические исследования критических параметров ряда веществ были проведены русским физиком М.П.Авенариусом и его учениками в 1873-1895гг.
Свойства вещества в критическом состоянии были также всесторонне исследованы выдающимся русским физиком А.Г.Столеновым.
В 1947-1950гг. понимание критического состояния вещества было уточнено и расширено профессором В.К,Семенченко.

Критическая температура – это температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и паром, находящимся с ней в динамическом равновесии.
Критическое состояние – состояние, соответствующее точке К, в которую обращается горизонтальный участок изотермы при температуре Т=Тк.

Свойства критической температуры:
1) Для критического состояния характерно высокое значение теплоемкости и коэффициента теплового расширения
2) Для насыщенного пара давление и температура увеличиваются или убывают совместно
3) Переход из жидкости в пар и из пара в жидкость происходит непрерывно
4) В критическом состоянии жидкость имеет максимальный объем, а насыщенный пар – максимальное давление
5) При критической температуре плотность жидкости становится равной плотности пара, следовательно различие между паром и жидкостью исчезает

Тройной график (диаграмма равновесных состояний газа и жидкости):
При изменении концентрации компонентов в газах и жидкостях, а также в процессе их охлаждения или нагрева (при условии постоянного внешнего давления) происходят существенные фазовые и структурные изменения, которые можно наглядно проследить с помощью диаграмм состояния.

рис. 1 рис. 2
Соединим все левые концы горизонтальных участков изотерм, т. е. те точки, которые соответствуют окончанию конденсации насыщенного пара и началу сжатия жидкости. Получится плавная кривая, оканчивающаяся в критической точке К. На рисунке 2 это кривая АК. Слева от кривой АК, между ней и критической изотермой (участок изотермы СК), расположена область, соответствующая жидкому состоянию вещества (на рис. 2 эта область выделена горизонтальной штриховкой).
Соединим теперь плавной кривой все правые концы горизонтальных участков изотерм. Эта кривая на рисунке 2 тоже заканчивается в точке К. Две линии АК и ВК ограничивают область, каждая точка которой соответствует состоянию равновесия между жидкостью и насыщенным паром (на рис. 2 эта область выделена вертикальной штриховкой). За исключением области жидкого состояния и области равновесия жидкости с газом вся остальная область соответствует газообразному состоянию вещества. На рисунке 2 она выделена косой штриховкой.
В результате получилась диаграмма равновесных состояний газа и жидкости. Каждой точке на этой диаграмме соответствует определенное состояние системы: газ, жидкость или равновесие между жидкостью и газом.

Применение критической температуры:
1) Благодаря эффекту Джоуля-Томсона мы получаем жидкий газ, который находит широкое применение при лабораторных работах и в технике. В лабораториях он применяется для получения высокого вакуума и для других целей. В технике особо широкое применение получают машины, дающие раздельно жидкий кислород и жидкий азот
2) Вата или древесный уголь, пропитанные жидким кислородом, дают весьма сильное взрывчатое вещество, употребляемое при горных работах
3) Метод фракционного испарения используется также для получения из воздуха редких газов: гелия, неона, аргона, криптона и ксенона
4) При выборе материала для производства труб горячего водоснабжения
5) Также знание критической температуры какого-либо вещества применяется и в медицине (критическая температура человека), машиностроении (критическая температура плавления металла), в компьютерах (критическая температура жесткого диска)

Источник

Критическая температура (critical temperature)

Критическая температура (critical temperature) — температура, выше которой газ не может быть превращён в жидкость ни при каком давлении. Выше К.т. процессы конденсации и испарения становятся невозможными; давление, соответствующее критической температуре, называется критическим давлением.

Критическая точка — сочетание значений температуры и давления (или, что эквивалентно, молярного объёма ), при которых исчезает различие в свойствах жидкой и газообразной фаз вещества.

Критическая температура фазового перехода — значение температуры в критической точке. При температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении.

В критической точке плотность жидкости и её насыщенного пара становятся равны, а поверхностное натяжение жидкости падает до нуля, поэтому исчезает граница раздела фаз жидкость-пар.

Для смеси веществ критическая температура не является постоянной величиной и может быть представлена пространственной кривой (зависящей от пропорции составляющих компонентов), крайними точками которой являются критические температуры чистых веществ — компонентов рассматриваемой смеси.

Критической точке (Критическая температура) на диаграмме состояния вещества соответствуют предельные точки на кривых равновесия фаз, в окрестностях точки фазовое равновесие нарушается, происходит потеря термодинамической устойчивости по плотности вещества. По одну сторону от критической точки вещество однородно (обычно при T_» data-recalc-dims=»1″ data-lazy-src=»https://i2.wp.com/neftynik.ru/wp-content/plugins/a3-lazy-load/assets/images/lazy_placeholder.gif?w=740&is-pending-load=1″ srcset=»data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″> ), а по другую — разделяется на жидкость и пар.

В окрестностях точки наблюдаются критические явления: из-за роста характеристических размеров флуктуаций плотности резко усиливается рассеяние света при прохождении через вещество — при достижении размеров флуктуаций порядков сотен нанометров, т. е. длин волн света, вещество становится непрозрачным — наблюдается его критическаяопалесценция. Рост флуктуаций приводит также к усилению поглощения звука и росту его дисперсии, изменению характера броуновского движения, аномалиям вязкости, теплопроводности, замедлению установления теплового равновесия и т. п.

Впервые явление критического состояния вещества (Критическая температура) было обнаружено в 1822 году Шарлем Каньяром де Ла-Туром, а в 1860 году повторно открыто Д.И.Менделеевым. Систематические исследования начались с работ Томаса Эндрюса. Практически явление критической точки можно наблюдать при нагревании жидкости, частично заполняющей запаянную трубку. По мере нагрева мениск постепенно теряет свою кривизну, становясь всё более плоским, а при достижении критической температуры перестает быть различимым.

Критические точки существуют не только для чистых веществ, но и, в некоторых случаях, для их смесей и определяют параметры потери устойчивости смеси (с разделом фаз) — раствор (одна фаза). Примером такой смеси может служить смесь фенол-вода.

Простые газы в критической точке, по некоторым данным, обладают свойством сжатия до сверхвысоких плотностей без роста давления, при условии строгого поддержания температуры, равной критической точке, и высокой степени их чистоты (молекулы инородных газов становятся ядрами перехода в газообразную фазу, что ведет к лавинообразному росту давления). Иными словами, вещество сжимается, как газ, но сохраняет давление, равное таковому в жидкости. Реализация этого эффекта на практике позволит сверхплотное хранение газов.

Критическая температура сверхпроводника — температура, при охлаждении до которой происходит переход материала в сверхпроводящее состояние.

В 1911 г. было обнаружено, что у ртути при температуре 4,2 К электрическое сопротивление падает до нуля — ртуть становится сверхпроводящей, после чего подобные свойства были обнаружены и у других чистых веществ и соединений. На пути широкого практического применения сверхпроводящих материалов стоит задача создания сверхпроводящих материалов с «высокой» критической температурой — практически достижимой в коммерческих условиях.

Критическая температура мицеллообразования (Температура Крафта (англ. Krafft temperature ) — температура, выше которой растворимость поверхностно-активного вещества (ПАВ) резко возрастает, и достигается критическая концентрация мицеллообразования.

Температура (точка) Крафта — это нижний температурный предел мицеллообразования ионных ПАВ, например,лаурилсульфата натрия, входящего в состав бытовых моющих средств. Она зависит от природы гидрофобных групп и ионного состава детергента. Растворимость неионных ПАВ, напротив, падает с повышением температуры. Их характерной величиной является «точка помутнения», то есть верхний температурный предел мицеллообразования, выше которого в системе ПАВ — растворитель происходит расслоение фаз, изменяющее её оптические свойства.

In thermodynamics, a critical point (or critical state) (Критическая температура) is the end point of a phase equilibrium curve. The most prominent example is the liquid-vapor critical point, the end point of the pressure-temperature curve that designates conditions under which a liquid and its vapor can coexist. At the critical point, defined by a critical temperature T_c and a critical pressure p_c, phase boundaries vanish. Other examples include the liquid–liquid critical points in mixtures.

For simplicity and clarity, the generic notion of critical point is best introduced by discussing a specific example, the liquid-vapor critical point. This was historically the first critical point to be discovered, and it is still the best known and most studied one.

The figure to the right shows the schematic PT diagram of a pure substance (as opposed to mixtures, which have additional state variables and richer phase diagrams, discussed below). The commonly known phases solid, liquid and vapor are separated by phase boundaries, i.e. pressure-temperature combinations where two phases can coexist. At the triple point, even all three phases coexist. However, the liquid-vapor boundary terminates in an endpoint at some critical temperature T_c and critical pressure p_c. This is the critical point.

In water, the critical point occurs at around 647 K (374 °C; 705 °F) and 22.064 MPa (3200 PSIA or 218 atm).

In the vicinity of the critical point, the physical properties of the liquid and the vapor change dramatically, with both phases becoming ever more similar. For instance, liquid water under normal conditions is nearly incompressible, has a low thermal expansion coefficient, has a high dielectric constant, and is an excellent solvent for electrolytes. Near the critical point, all these properties change into the exact opposite: water becomes compressible, expandable, a poor dielectric, a bad solvent for electrolytes, and prefers to mix with nonpolar gases and organic molecules.

At the critical point, only one phase exists. The heat of vaporization is zero. There is an inflection point in the constant-temperature line (critical isotherm) on a PV diagram. This means that at the critical point:

The critical isotherm with the critical point K

Above the critical point one has a state of matter that is continuously connected with (can be transformed without phase transition into) both the liquid and the gaseous state. It is called supercritical fluid. The common textbook knowledge that all distinction between liquid and vapor disappears beyond the critical point has been challenged by Fisher and Widom who identified a p,T-line that separates states with different asymptotic statistical properties (Fisher-Widom line).

History

Carbon dioxide exuding fogwhile cooling from supercritical to critical temperature

The existence of a critical point was first discovered by Charles Cagniard de la Tour in 1822 and named by Dmitri Mendeleev in 1860 and Thomas Andrews in 1869. Cagniard showed that CO₂ could be liquefied at 31 °C at a pressure of 73 atm, but not at a slightly higher temperature, even under pressures as high as 3,000 atm.

Theory

Solving the above condition for the van der Waals equation, one can compute the critical point as

, , .

However, the van der Waals equation, based on a mean field theory, does not hold near the critical point. In particular, it predicts wrong scaling laws.

To analyse properties of fluids near the critical point, reduced state variables are sometimes defined relative to the critical properties

, , .

The principle of corresponding states indicates that substances at equal reduced pressures and temperatures have equal reduced volumes. This relationship is approximately true for many substances, but becomes increasingly inaccurate for large values of p_r.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник