Критическая температура
Critical temperature
Температура, выше которой, газ не может быть превращен в жидкость ни при каком давлении. Выше критической температуры вещество не может находиться в двухфазном состоянии и процессы конденсации и испарения становятся невозможными. Давление, соответствующее критической точке, называется критическим давлением, а объем – критическим объемом.
Применительно к нефтяным газам, состоящим из смеси углеводородов с различными критическими температурами и давлениями, пользуются псевдокритическими давлением и температурой, представляющими собой суммы произведений относительного содержания данного углеводорода в смеси (в долях единицы, если задано объемное содержание, или в молях) и значений критических давлений и температур этих же углеводородов.
Отношение давления (температуры), под которым находится смесь газов, к псевдо-критическому давлению (температуре) называется приведенным псевдокритическим давлением (температурой), зная которые можно найти значения коэффициентов сверхсжимаемости реальных газов.
Краткий электронный справочник по основным нефтегазовым терминам с системой перекрестных ссылок. - М.: Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина . М.А. Мохов, Л.В. Игревский, Е.С. Новик . 2004 .
Смотреть что такое "Критическая температура" в других словарях:
Критическая температура - это предельно допустимая температура электроизоляционных материалов, использованных для изготовления элементов светильников, выше которой происходит их оплавление, воспламенение и т.д. Источник: НПБ 249 97: Светильники. Требования пожарной… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Критическая температура - фазового перехода такая температура, при которой плотность и давление насыщенного пара становится максимальными, а плотность жидкости, находящейся в динамическом равновесии с паром, становится минимальной. Критическая температура смешения… … Википедия
КРИТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА - 1) теып ра в ва в его критическом состоянии. Для индивидуальных в в К. т. определяется как темп pa, при к рой исчезают различия в физ. св вах между жидкостью и паром, находящимися в равновесии. При К. т. плотности насыщенного пара и жидкости… … Физическая энциклопедия
КРИТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА - 1) предельная Температура равновесного сосуществования двух фаз (жидкости и ее пара), выше которой эти фазы неразличимы (см. Критическое состояние).2) Температура, при которой в жидких смесях с ограниченно растворимыми компонентами наступает их… … Большой Энциклопедический словарь
КРИТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА - а) температура вещества в его (см.), определяется как температура равновесного сосуществования двух фаз (жидкости и её пара), выше которой может существовать лишь одна фаза. Сжижение газов возможно только при охлаждении их ниже критической точки; … Большая политехническая энциклопедия
критическая температура - Температура, при которой происходит разрушение сгораемых материалов (плавление, обугливание, выделение дыма, тление и т.д.) [ГОСТ 17677 82] Тематики лампы, светильники, приборы и комплексы световые … Справочник технического переводчика - Critical temperature Критическая температура. Температура, выше которой паровая фаза не может быть сконденсирована в жидкость при увеличении давления. (
Выше было объяснено, что для превращения пара в жидкость нужно повышать давление и понижать температуру. Таким путем английскому ученому М. Фарадею удалось перевести в жидкое состояние многие вещества, которые до этого были известны только в газообразном состоянии. Однако некоторые газы долго не удавалось перевести в жидкое состояние даже при весьма больших давлениях. Теоретическое объяснение этих неудач дал русский ученый Д. И. Менделеев.
Границей, отделяющей жидкость от окружающей среды, является свободная поверхность жидйости. Наличие этой поверхности дает нам возможность точно указать, где находится жидкая фаза вещества и где газообразная. Такое резкое различие между жидкостью и ее паром в основном объясняется тем, что, вообще говоря, плотность жидкости во много раз больше, чем у ее пара. Однако если нагревать жидкость в герметически закрытом сосуде, то вследствие расширения жидкости ее плотность будет уменьшаться, а плотность паров над ее поверхностью будет возрастать. Это означает, что различие между жидкостью и ее насыщающим паром в процессе такого нагревания сглаживается и при достаточно высокой температуре должно исчезнуть совсем.
В 1861 г. Менделеев установил, что для каждой жидкости должна существовать такая температура, при которой исчезает всякое различие между жидкостью и ее паром. Менделеев назвал ее «температурой абсолютного кипения». Экспериментально исследовал процесс превращения пара в жидкость и обратно при различных давлениях английский ученый Т. Эндрюс. Он показал, что такая температура для каждой жидкости действительно существует, и ввел для нее новый термин: критическая температура, который и используется в настоящее время.
Критической температурой вещества называется такая температура, при которой плотность жидкости и плотность ее насыщающего пара становятся одинаковыми. График изменения плотности воды и ее насыщающего пара в зависимости от температуры показан на рис. 8.8; из рисунка видно, что для воды критическая температура соответствует 374 °С. Поскольку не только плотность, но и давление насыщающего пара однозначно определяется его температурой, можно построить график зависимости давления от температуры для насыщающего пара (рис. 8.9).
Давление насыщающего пара какого-либо вещества при его критической температуре называется критическим давлением Оно является наибольшим возможным давлением насыщающих паров этого вещества. Для воды Па. Из рис. 7.2 видно, что при критической температуре удельная теплота парообразования воды равна нулю. Это относится и к другим
жидкостям. Следовательно, при критической температуре теряется всякое различие между жидкостью и ее паром, а граница между ними исчезает. Это означает, что при температуре выше вещество может существовать только в одном состоянии, которое называют газообразным, и в этом случае никаким увеличением давления превратить его в жидкость нельзя.
Если вещество находится при критической температуре и критическом давлении, то его состояние называют критическим состоянием. Объем, занимаемый веществом при критическом состоянии, называется критическим объемом .
Он является наибольшим объемом, который может занимать имеющаяся масса вещества в жидком состоянии. В таблицах обычно даются значения критического объема для одного моля вещества. Значения (для одного моля) называются критическими параметрами вещества (табл. 8.3).
Таблица 8.3. Критические параметры некоторых чистых веществ
Наблюдать переход вещества через критическое состояние можно при нагревании эфира в ампуле (рис. 8.10, а - г). При изготовлении ампулы в нее вводится такая масса эфира, объем которой в критическом состоянии равен внутреннему объему ампулы. При охлаждении, когда температура становится ниже критической, эфир переходит в жидкое состояние (рис. 8.10, д, е).
Теперь видно, что принципиальной разницы между газом и паром нет. Обычно газом называют вещество в газообразном
состоянии, когда его температура выше критической. Паром также называют вещество в газообразном состоянии, но когда его температура ниже критической. Следовательно, пар можно перевести в жидкость одним только увеличением давления, а газ - нельзя.
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.).
Однако некоторые газы - водород, азот, кислород - никак не поддавались сжижению. Сколько ни увеличивали давление, они не превращались в жидкость. Можно было подумать, что кислород и другие газы не могут быть жидкими. Их причислили к истинным, или постоянным, газам.
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.
При температуре выше критической невозможно существование жидкости и газа, поделенных границей раздела: При сжатии до любых плотностей под поршнем будет находиться однородное вещество, и трудно сказать, когда его можно назвать газом, а когда - жидкостью.
Наличие критической точки показывает, что между жидким и газообразным состоянием нет принципиального различия. На первый взгляд могло бы показаться, что такого принципиального различия нет только в том случае, когда речь идет о температурах выше критической. Это, однако, не так. Существование- критической точки указывает на возможность превращения жидкости - самой настоящей жидкости, которую можно налить в стакан - в газообразное состояние без всякого подобия кипения.
Такой путь превращения показан на рис. 4.4. Крестиком отмечена заведомая жидкость. Если немного понизить давление (стрелка вниз), она закипит, закипит она и в том случае, если немного повысить температуру (стрелка вправо). Но мы поступим совсем иначе, Сожмем жидкость весьма сильно, до давления выше критического. Точка, изображающая состояние жидкости, пойдет вертикально вверх. Затем подогреем жидкость - этот процесс изобразится горизонтальной линией. Теперь, после того как мы очутились правее Критической температуры, понизим давление до исходного. Если теперь уменьшить температуру, то можно получить самый настоящий пар, который мог быть получен из этой жидкости более простым и коротким путем.
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.
Ранние попытки сжижения таких газов, как кислород, азот, водород, потому и были неудачны, что не было известно о существовании критической температуры. У этих газов критические температуры очень низкие: у азота -147°С, у кислорода -119°С, у водорода -240°С, или 33 К. Рекордсменом является гелий, его критическая температура равна 4,3 К. Превратить эти газы в жидкость можно лишь одним" способом - надо снизить их температуру ниже указанной"
Предельное состояние равновесия двухфазной системы, в к-ром обе сосуществующие фазы становятся тождественными по своим св-вам. На диаграммах К. с. соответствуют предельные точки на кривых равновесия фаз - т. н. критические точки. Согласно Гиббса правилу фаз, критич. точка изолирована в случае двухфазного равновесия чистого в-ва, а в случае, напр., бинарных (двухкомпонентных) р-ров критич. точки образуют критич. кривую (см. рис. в ст. (см. КРИТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА)). Значения параметров состояния системы, соответствующие К. с., наз. критическими - критич. рк, критич. темп-pa Тк, критич. объём VК, критич. хк и т. д.
С приближением к К. с. различия в плотности, составе и др. св-вах сосуществующих фаз, а также и межфазное уменьшаются и в критич. точке равны нулю.
Слева - верхняя критич. точка (Кв) .кидкой смеси фенол - вода (с TК»66°С), заштрихована область, где смесь состоит из тух фаз, имеющих разл. концентрацию комитентов; справа - двухкомпонентная жидкая система никотин - вода, имеющая как верхнюю критич. точку растворения Kв с Tк»481 К (208 °С), так и нижнюю критич. точку Kн с Tк»334 К (61°С).
Значительно возрастают плотности и концентрации (в смесях). Эти особенности в структуре в-в и их св-вах приводят к наблюдаемым в. с. критическим явлениям. В двухкомпонентных системах характерные |я К. с. явления наблюдаются не только в критич. точке равновесия - , но и в т. .н. критич. точках растворимости, где взаимная компонентов становится неограниченной. Существуют двойные жидкие системы как с одной критич. точкой растворимости, так и с двумя - верхней и нижней (рис.). Эти точки явл. температурными границами области расслаивания жидких смесей на фазы разл. состава. Аналогичной способностью к расслаиванию при определённой критич. темп-ре обладают нек-рые р-ры газов и тв. р-ры. Переход системы из однофазного состояния в двухфазное вне критич. точки и изменение состояния в самой критич. точке существенно различаются. В первом случае при расслаивании на две фазы переход начинается с появления" небольшого кол-ва (зародыша) 2-й фазы с конечным отличием её св-в от св-в 1-й фазы, что сопровождается выделением или поглощением теплоты фазового перехода. Поскольку возникновение зародыша новой фазы приводит к появлению поверхности раздела фаз и поверхностной энергии, для его рождения требуются определённые энергетич. затраты. Это означает, что такой (фазовый переход I рода) может начаться лишь при нек-ром переохлаждении (перегреве) в-ва, способствующем появлению устойчивых зародышей новой фазы.
Фазовый переход в критич. точке (предельной на кривой равновесия фаз) имеет много общего с фазовым переходом II рода. В критич. точке фазовый переход происходит в масштабах всей системы. Флуктуационно возникающая новая по своим св-вам бесконечно мало отличается от св-в исходной фазы. Поэтому возникновение новой фазы не связано с поверхностной энергией, т. е. исключается (или переохлаждение) и фазовый переход не сопровождается выделением или поглощением теплоты, что характерно для фазовых переходов II рода. Знание св-в в-в в К. с. (см. КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ) необходимо во мн. областях науки и техники: при создании энергетич. установок на сверхкритич. параметрах, установок для сжижения газов, разделения смесей и т. д.
Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .
Смотреть что такое "КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ" в других словарях:
Critical Condition Жанр комедия Режиссёр Майкл Эптед Продюсер Роберт В. Корт Тед Филд Роберт … Википедия
В физике состояние двух равновесно сосуществующих фаз, при достижении которого фазы становятся тождественными по своим свойствам. Критическое состояние характеризуется критическими значениями температуры, давления, удельного объема, развитием… … Большой Энциклопедический словарь
Современная энциклопедия
Критическое состояние - (физическое), состояние двух равновесно сосуществующих фаз (например, газа и жидкости), при достижении которого фазы становятся тождественными по своим свойствам. Характеризуется критическими значениями температуры, давления, удельного объема.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ, особое состояние, характеризуемое тем, что исчезает различие между капельной жидкостью и ее насыщенным паром. Температура, объем и давление, отвечающие этому состоянию, называются также критическими. Если сжимать газ при… … Большая медицинская энциклопедия
В медицине состояние пораженного (больного), для которого характерны тяжелые расстройства жизненно важных систем организма (в первую очередь сердечно сосудистой и дыхательной), требующие экстренного восстановления (частичного или полного… … Словарь черезвычайных ситуаций
критическое состояние - Состояние термодинамической системы, характеризующееся исчезновением различия между фазами, находящимися в равновесии друг с другом: между жидкостью и ее паром, между двумя жидкостями. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 103. Термодинамика.… … Справочник технического переводчика
Предельное состояние вещества, при котором исчезает различие между его жидким и парообразным (газообразным) состоянием (фазой); характеризуется определёнными давлением, температурой и объёмом, называемыми критическими. К. с. может наблюдаться… … Большая политехническая энциклопедия
критическое состояние - 48 критическое состояние: Состояние изделия, которое может привести к тяжелым последствиям: травмированию людей, значительному материальному ущербу или неприемлемым экологическим последствиям. Источник: ГОСТ Р 27.002 2009: Надежность в технике.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
- (физ.), состояние двух равновесно сосуществующих фаз, при достижении которого фазы становятся тождественными по своим свойствам. Критическое состояние характеризуется критическими значениями температуры, давления, удельного объёма, развитием… … Энциклопедический словарь
Книги
- Критическое состояние плода. Диагностические критерии, акушерская тактика, перинатальные исходы , Стрижаков Александр Николаевич , Карданова Мадина Аслановна , Игнатко Ирина Владимировна , Тимохина Елена Владимировна , Книга посвящена наиболее значимым проблемам акушерства и перинатологии - критическому состоянию плода и декомпенсированной плацентарной недостаточности, особенностям этиопатогенеза данных… Категория: Акушерство и гинекология Издатель: ГЭОТАР-Медиа ,
- Критическое состояние плода. Дигностические критерии, акушерская тактика, перинатальные исходы , Стрижаков А.Н. , Книга посвящена наиболее значимым проблемам акушерства и перинатологии - критическому состоянию плода и декомпенсированной плацентарной недостаточности, особенностям этиопатогенеза данных… Категория:
Реальные газы отличаются от идеальных тем, что молекулы этих газов имеют конечные собственные объемы и связаны между собой сложными силами взаимодействия. При высоких давлениях и достаточно низких температурах реальные газы конденсируются, т. е. переходят в жидкое состояние, чего принципиально не может быть с идеальными газами.
На участке ВС не только давление, но и температура постоянны. Крайним точкам отрезка ВС соответствуют однофазные состояния вещества: точке С (объем ) – жидкое, а точке В (объем) – газообразное. В промежуточном двухфазном состоянии с объемом V часть вещества с количеством молейнаходится в жидком, а часть с количеством молей– в газообразном состоянии. Определим отношение количества молей жидкой и газообразной фаз в объеме V .
Объем одного моля жидкой и газообразной фаз вещества соответственно равны:
Объем V содержит молей жидкой фазы имолей газообразной фазы, поэтому этот объем можно представить в виде суммы объемов жидкой и газообразной фаз следующим образом:
Умножая числитель и знаменатель левой части выражения (5.1.3) на молярную массу вещества, получим аналогичное отношение для масс жидкой и газообразной фаз:
На рис. 1 представлены изотермы газа при различных температурах Из рисунка видно, что с ростом температуры горизонтальный участок, соответствующий двухфазному состоянию вещества, уменьшается и при некоторой температуре, называемой критической, стягивается в точку K . Изотерма, соответствующая температуре, называется критической изотермой, точка K которой является точкой перегиба.
Изотермы реального газа (схематично) Синие - изотермы при температуре ниже критической. Зелёные участки на них -метастабильные состояния . Участок левее точки F - нормальная жидкость. Точка F -точка кипения . Прямая FG - равновесие жидкой и газообразной фазы. Участок FA -перегретая жидкость . Участок F′A -растянутая жидкость (p<0). Участок AC -аналитическое продолжение изотермы, физически невозможен. Участок CG -переохлаждённый пар . Точка G -точка росы . Участок правее точки G - нормальный газ. Площади фигуры FAB и GCB равны. Красная -критическая изотерма . K -критическая точка . Голубые - сверхкритические изотермы
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 (T 1 <T 2 <T 3 <T k <T 4), то можно обнаружить закономерность, общую для всех веществ (рис. 1).
Во-первых, чем выше температура, тем меньше объем, при котором начинается конденсация газа: V 1 >V’ 1 >V’’ 1 , еслиT 1 <T 2 <T 3 .
Во-вторых, чем выше температура, тем больше объем, занимаемый жидкостью после того, как весь пар конденсируется:
V 2 <V’ 2 <V’’ 2 .
Следовательно, длина прямолинейного участка изотермы с ростом температуры уменьшается.
Это легко объяснить: с ростом Τ давление насыщенного пара быстро нарастает, и для того, чтобы давление ненасыщенного пара сравнялось с давлением насыщенного, необходимо уменьшение объема. Причина увеличения объемаV 2 - в тепловом расширении жидкости при нагревании. Так как объемV 1 уменьшается, то плотность паров при увеличении температуры увеличивается; увеличение объемаV 2 свидетельствует об уменьшении плотности жидкости. Это значит, что различие между жидкостью и ее насыщенным паром в процессе такого нагревания сглаживается и при достаточно высокой температуре должно исчезнуть совсем.
Д. Менделеев установил, что для каждой жидкости должна существовать такая температура, которая экспериментально впервые была установлена для многих веществ Т. Эндрюсом и носит название критической температуры.
Критическая температура T кр - это такая температура, при которой плотность жидкости и плотность ее насыщенного пара становятся одинаковыми (рис. 2).
На изотермах при Т =T кр горизонтальный участок превращается в точку перегибаК .
Давление насыщенного пара какого-либо вещества при его критической температуре называется критическим давлением p кр. Оно является наибольшим возможным давлением насыщенных паров вещества.
Объем, который занимает вещество при p кр иt кр, называетсякритическим объемо мV кр. Это наибольший объем, который может занимать имеющаяся масса вещества в жидком состоянии.
При критической температуре различие между газом и жидкостью исчезает, и поэтому удельная теплота парообразования становится равной нулю.
Совокупность точек, соответствующих краям горизонтального участка изотерм (см. рис. 1), выделяет в плоскости p-V области существования двухфазной системы и отделяет ее от областей однофазных состояний вещества. Пограничная кривая области двухфазных состояний со стороны больших значений объема описывает состояние насыщенного пара и одновременно представляет собойкривую конденсации (начинается конденсация пара при изотермическом сжатии). Пограничная кривая со стороны меньших объемов представляет собой кривую, на которой заканчивается конденсация при сжатии насыщенного пара и начинается испарение жидкости при изотермическом расширении. Ее называюткривой испарения .
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.
Причина заключается в том, что здесь интенсивность теплового движения молекул оказывается настолько большой, что даже при относительно плотной их упаковке, вызванной большим давлением, молекулярные силы не могут обеспечить создание даже ближнего, а тем более дальнего порядка.
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.
В настоящее время все газы переведены в жидкое состояние при очень низких температурах. Последним в 1908 г. переведен гелий (t кр = -269 °С).