Потрійна точка 1984 Ландау л

Потрійна точка

Отже, є умови, при яких пар, рідина і кристал можуть попарно існувати в рівновазі. Чи можуть перебувати в рівновазі всі три стану? Така точка на діаграмі тиск - температура існує, її називають потрійною. Де вона знаходиться?

Якщо помістити в закриту посудину при нулі градусів воду з плаваючим льодом, то у вільний простір почнуть надходити водяні (і "крижані") пари. При тиску парів 4,6 мм рт. ст. випаровування припиниться, і почнеться насичення. Тепер три фази - лід, вода і пар - будуть в стані рівноваги. Це і є потрійна точка.

Співвідношення між різними станами наочно і чітко показує діаграма для води, зображена на рис. 4.11.

Таку діаграму можна побудувати для будь-якого тіла.

Криві на малюнку нам знайомі - це криві рівноваги між льодом і парою, льодом і водою, водою і парою. По вертикалі, як зазвичай, відкладається тиск, по горизонталі - температура.

Три криві перетинаються в потрійній точці і ділять діаграму на три області - життєві простори льоду, води і водяної пари.

Діаграма стану - це стислий довідник. Її мета - дати відповідь на питання, яке стан тіла стійко при такому-то тиску і такий-то температурі.

Якщо в умови "лівої області" помістити воду або пар, то вони стануть льодом. Якщо в "нижню область" внести рідина або тверде тіло, то вийде пар. В "правої області" пар буде конденсуватися, а лід плавитися.

Діаграма існування фаз дозволяє відразу ж відповісти, що станеться з речовиною при нагріванні або при стисненні. Нагрівання при постійному тиску відіб'ється на діаграмі горизонтальною лінією. Уздовж цієї лінії зліва направо рухається точка, яка зображує стан тіла.

На малюнку зображено дві такі лінії, одна з них - це нагрівання при нормальному тиску. Лінія лежить вище потрійної точки. Тому вона перетне спочатку криву плавлення, а потім, за межами креслення, і криву випаровування. Лід при нормальному тиску розплавиться при температурі 0 ° С, а що утворилася вода закипить при 100 ° С.

Інакше закінчиться справа для льоду, що нагрівається при дуже невеликому тиску, скажімо, трохи нижче 5 мм рт. ст. Процес нагрівання зобразиться лінією, що йде нижче потрійної точки. Криві плавлення і кипіння не перетинаються цією лінією. При такому незначному тиску нагрівання призведе до безпосереднього переходу льоду в пар.

На рис. 4.12 ця ж діаграма показує, яке цікаве явище відбудеться при стисненні водяної пари в стані, позначеному на малюнку хрестиком. Спочатку пар перетвориться на лід, а потім розплавиться. Малюнок дозволяє відразу сказати, при якому тиску почнеться зростання кристала і коли відбудеться плавлення.

Діаграми стану всіх речовин схожі одна на іншу. Великі, з життєвої точки зору, відмінності виникають через те, що місце знаходження потрійної точки на діаграмі може бути у різних речовин самим різним.

Адже ми існуємо поблизу "нормальних умов", т. Е. Перш за все при тиску, близькому до однієї атмосфері. Як розташована потрійна точка речовини по відношенню до лінії нормального тиску - для нас дуже істотно.

Якщо тиск в потрійній точці менше атмосферного, то для нас, що живуть в "нормальних" умовах, речовина відноситься до плавиться. При підвищенні температури воно спочатку перетворюється в рідину, а потім закипає.

У зворотному випадку - коли тиск в потрійній точці вище атмосферного - ми при нагріванні не побачимо рідини, тверда речовина буде прямо перетворюватися в пар. Так поводиться "сухий лід", що дуже зручно для продавців морозива. Брикети морозива можна перекладати шматками "сухого льоду" і не боятися при цьому, що морозиво стане мокрим. "Сухий лід" - це твердий вуглекислий газ С02. Потрійна точка цієї речовини лежить при 73 атм. Тому при нагріванні твердого СО2 точка, яка зображує його стан, рухається по горизонталі, що перетинає тільки криву випаровування твердого тіла (так само, як і для звичайного льоду при тиску близько 5 мм рт. Ст.).

Ми вже розповіли Новомосковсктелю, яким чином визначається один градус температури за шкалою Кельвіна, або, як вимагає зараз говорити система СІ, - один кельвін. Однак мова йшла про принцип визначення температури. Не всі інститути метрології мають ідеальні газовими термометрами. Тому шкалу температури будують за допомогою фіксованих природою точок рівноваги між різними станами речовини.

Особливу роль при цьому відіграє потрійна точка води. Градус Кельвіна визначають зараз як 273,16-ю частина термодинамічної температури потрійної точки води. Потрійна точка кисню прийнята рівною 54,361 К. Температура затвердіння золота покладена рівною 1337,58 К. Користуючись цими крапками реперів, можна точно отградуировать будь термометр.