Щільність рідини і її насиченої пари при критичній температурі

Якщо на одному малюнку накреслити криві залежності щільності рідини і її насиченої пари від температури, то для рідини крива піде вниз, а для пари - вгору (рис. 6.6). При критичній температурі обидві криві зливаються, т. Е. Щільність рідини стає рівною щільності пара. Різниця між рідиною і парою зникає.

Ми багато разів вживали слова «газ» і «пар». Ці терміни виникли в ті часи, коли вважалося, що пар може бути перетворений в рідину, а газ немає. Після того як всі гази були сконденсовані (див. § 6.7), для такої двоїстої термінології не залишилося підстав. Пар і газ - це одне і те ж, між ними принципової різниці немає. Коли говорять про пару який-небудь рідини, то зазвичай мають на увазі, що його температура менше критичної і стисненням його можна перетворити в рідину. Тільки за звичкою ми говоримо про водяній парі, а не про водяному газі, про насиченому парі, а не про насичений газі і т. Д.

Експериментальне дослідження критичного стану

Експерименти з вивчення критичного стану виконав в 1863 р український вчений М. П. Авенаріус. Прилад, за допомогою якого можна спостерігати критичний стан (прилад Авенаріус), складається з повітряної ванни (рис. 6.7) і знаходиться всередині ванни запаяної скляної трубочки (ампули) з рідким ефіром. Обсяг ампули (її місткість) дорівнює критичного обсягу ефіру, налитого в трубочку. Простір над ефіром в ампулі заповнене насиченою парою ефіру.

За допомогою газового пальника або іншого нагрівача повітряну ванну підігрівають. За станом ефіру спостерігають через скляне віконце в приладі.

При кімнатній температурі можна чітко бачити межу між рідиною і парою (рис. 6.8, а). У міру наближення до критичної температури обсяг рідкого ефіру збільшується, а межа розділу рідина - пар стає слабко, нестійкою (рис. 6.8, б).

При підході до критичного стану межа між ними зникає зовсім (рис. 6.8, в).

При охолодженні з'являється щільний туман, що заповнює всю трубочку (рис. 6.8, г). Це утворюються крапельки рідини. Далі вони зливаються разом, і знову виникає межа розділу між рідиною і парою (рис. 6.8, д).

Для досвіду обраний ефір, так як він має порівняно низький критичний тиск (близько 36 атм). Критична температура його теж невелика: 194 ° С.

Якщо стискати газ, підтримуючи його температуру вище критичної (див. Рис. 6.4, ізотерма Т3), причому, як і раніше, почати з дуже великих обсягів, то зменшення обсягу призведе до зростання тиску відповідно до рівняння стану ідеального газу. Однак якщо при температурі нижче критичної при певному тиску відбувалася конденсація пара, то тепер освіти рідини в посудині спостерігатися не буде. При температурі вище критичної газ не можна перетворити на рідину ні при яких тисках.

В цьому і полягає основне значення поняття критичної температури.