Abur suprasaturat

Abur suprasaturat  - abur , a cărui presiune depășește presiunea aburului saturat la o temperatură dată [1] . Se poate obține prin creșterea presiunii vaporilor într-un volum lipsit de centre de condensare (particule de praf, ioni , picături mici de lichid etc.). O altă modalitate de a obține este răcirea aburului saturat în aceleași condiții. În legătură cu această ultimă metodă de obținere a aburului saturat, se mai folosește în legătură cu acesta denumirea de abur suprarăcit [2] [3] [4] . În plus, termenul de abur suprasaturat este uneori întâlnit în literatură.

Starea aburului suprasaturat este metastabilă , adică o astfel de stare a aburului poate exista o perioadă lungă de timp, dar este instabilă termodinamic [5] . Deci, atunci când apar centre de condensare, o parte din vapori se condensează, presiunea vaporilor rămași scade și trece într-o stare stabilă de vapori saturati peste lichidul condensat. Se stabilește un echilibru dinamic între faza lichidă și cea gazoasă.

De asemenea, stările instabile termodinamic, metastabile sunt lichide supraîncălzite și suprarăcite , instabile pentru cristalizarea în avalanșă la o temperatură sub solubilitatea de echilibru sau temperatura de topire, acestea sunt soluții suprasaturate, topituri suprarăcite. Lichidul supraîncălzit fierbe când se formează centrele de vaporizare.

Stările metastabile sunt observate nu numai în timpul tranzițiilor de fază gaz-lichid, lichid-cristal, ci și în timpul altor tranziții de fază ale stării materiei, de exemplu, o schimbare a structurii cristaline. Deci, carbonul sub forma unei modificări alotropice sub formă de diamant este instabil termodinamic în condiții normale și se află într-o stare metastabilă, transformându-se treptat în grafit  - în aceste condiții, într-o fază stabilă. Un alt exemplu este transformarea staniului alb în staniu gri la temperaturi scăzute.

Stările metastabile în timpul topirii solidelor cristaline sunt necunoscute.

Aplicație

Aburul poate fi răcit și aburul suprasaturat poate fi obținut prin expansiunea rapidă a aburului nesaturat [6] , într-un proces apropiat de adiabatic . Cu o expansiune rapidă, schimbul semnificativ de căldură cu mediul nu are timp să aibă loc, prin urmare, într-un astfel de proces, aburul este răcit. Această metodă de obținere a aburului suprasaturat este utilizată în camera cu nori  - un dispozitiv conceput pentru a vizualiza traiectoriile particulelor încărcate [4] .

O particulă încărcată rapid [7] , care a zburat într-o cameră plină cu vapori suprasaturați, în ciocniri cu moleculele de gaz provoacă ionizarea acestora. Ionii rezultați acționează ca centre (nuclee) de condensare, iar vaporii suprasaturați din cameră începe să se condenseze pe ei. Treptat, ca urmare a condensului, dimensiunea picăturilor de lichid crește, atingând dimensiuni comparabile cu lungimea de undă a luminii și încep să împrăștie lumina vizibilă destul de bine. Aceste picături sunt situate într-un lanț (urmă) de-a lungul traiectoriei particulelor, făcându-l clar vizibil și accesibil pentru observare și fotografie [8] . După înregistrarea urmelor de particule în camera de nor, aceasta trebuie reactivată, adică abur suprasaturat trebuie creat din nou în ea. Acest lucru se realizează prin creșterea presiunii în cameră, de exemplu, prin mutarea pistonului la compresie. În timpul compresiei adiabatice, însoțită de încălzirea gazului, vaporii suprasaturați sau saturati trec în vapori supraîncălziți , în timp ce picăturile minuscule de lichid suspendate în gaz se evaporă rapid. Expansiunea adiabatică ulterioară a gazului din cameră îl pregătește pentru reînregistrarea noilor urme de particule.

O altă metodă de obținere a aburului suprasaturat este utilizată în camerele de difuzie proiectate în același scop ca și camera cu nori. În aceste camere, suprasaturarea aburului are loc ca rezultat al mișcării continue a fluxului de abur de la capacul camerei relativ fierbinte la suprafața inferioară menținută la o temperatură redusă. În spațiul dintre capac și fund, se formează o zonă plină cu abur suprasaturat. Lângă capac - abur supraîncălzit, lângă partea de jos - abur saturat. Spre deosebire de camera cu nori, vaporii suprasaturați există în mod constant în camera de difuzie, deci pot fi utilizați continuu pentru a observa urmele de particule încărcate [9] .

Vezi și

Note

  1. ↑ Abur suprasaturat // Dicţionar enciclopedic fizic / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M .: Enciclopedia Sovietică , 1984. - S.  529 . — 944 p.
  2. ↑ Lyubitov Yu. N. Abur saturat // Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M .: Marea Enciclopedie Rusă , 1992. - T. 3. - S. 248. - 672 p. - 48.000 de exemplare.  — ISBN 5-85270-019-3 .
  3. ↑ Sivukhin D.V. Curs general de fizică. - M . : Fizmatlit , 2005. - T. II. Termodinamica si fizica moleculara. - S. 384. - 544 p. - ISBN 5-9221-0601-5 .
  4. ↑ 1 2 Savelev I. V. . Curs de fizica generala. - M . : „Nauka”, 1970. - T. I. Mecanica. Fizica moleculară. - S. 414-415.
  5. ↑ Stare metastabilă // Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M .: Marea Enciclopedie Rusă , 1992. - T. 3. - S. 121-122. — 672 p. - 48.000 de exemplare.  — ISBN 5-85270-019-3 .
  6. ↑ Saturat sau chiar supraîncălzit.
  7. ↑ Energia cinetică a unei particule trebuie să fie de multe ori mai mare decât energia de ionizare a moleculelor de gaz din cameră.
  8. ↑ Camera de nori Arhivată 2 iulie 2013 la Wayback Machine în Atomic Encyclopedia
  9. ↑ Camera de difuzie // Marea Enciclopedie Sovietică  : [în 30 de volume]  / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M .  : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978.

Link -uri