перегріта рідина
Перегріта (метастабільна) рідина - рідина, нагріта вище температури кипіння. Перегріта рідина є прімеромметастабільного стану, в ряді енергетичних і технологічних режимів викликає такі специфічні динамічні явища, як взривоподібний закипання за рахунок запасеної тепла, нестійкість поверхні розділу рідина-пар, формування фронту фазового переходу.
Існування перегрітих (метастабільних) станів пов'язано з утрудненим початковій стадії фазового переходу першого роду. Переривчастий характер переходу (,; тут- удельнаяентропія, - питомий об'єм) виключає можливість перетворення одночасно у всій масі речовини поблизу равновесія.Фазовий переходначінается в окремих «точках» однорідної системи, ці точки повинні задовольняти умові (- радіус зародка, - радіус критичного зародка) - тоді зростання нової фази супроводжується зменшенням термодинамічного потенціалу.
Характеристикою потенційного бар'єру, який потрібно подолати зародку для досягнення критичного розміру, є робота освіти критичного зародка:
-об'ём критичного бульбашки,
радіус критичного бульбашки,
-тиск пара на лінії насичення (при даній),
-тиск в рідини,
питома обсяг рідини,
питома обсяг пара.
також можна записати через рівноважні властивості:
де - коеффіціентповерхностного натягу.
Переохолоджений пар і перегріта рідина
При переході температури кипіння пар повинен конденсуватися, перетворюватися в рідину. Однак ,; виявляється, якщо пара не стикається з рідиною і якщо пар дуже чистий, то вдається отримати переохолоджену або "пересичена пара - пар, яким давно слід було б уже стати рідиною.
Пересичена пара дуже нестійкий. Іноді досить поштовху або кинутої в просторі пара крупинки, щоб запізніла конденсація почалася.
Досвід показує, що згущення молекул пара різко полегшується внесенням в пар дрібних сторонніх часток. У курному повітрі пересичення водяної пари не відбувається. Можна викликати конденсацію клубами диму. Адже дим складається з дрібних твердих частинок. Потрапляючи в пар, ці частинки збирають біля себе молекули, стають центрами конденсації.
Отже, хоча і нестійкий, пар може існувати в області температур, пристосованої для "життя" рідини.
А чи може рідина на тих же умовах "жити" в області пара? Інакше кажучи, чи можна перегріти рідина?
Виявляється, можна. Для цього потрібно домогтися, щоб молекули рідини не відривалися від її поверхні. Радикальний засіб - ліквідувати вільну поверхню, т. Е. Помістити рідину в такий посуд, де вона була б стиснута з усіх боків твердими стінками. Таким способом вдається досягти перегріву порядку декількох градусів, т. Е. Відвести точку, яка зображує стан рідин, вправо від кривої кипіння (рис. 4.4).
Перегрів - це зрушення рідини в область пара, тому перегріву рідини можна домогтися як підведенням тепла так і зменшенням тиску.
Останнім способом можна домогтися дивного результату. Вода або інша рідина, ретельно, звільнена від розчинених газів (це нелегко зробити), поміщається в посудину з поршнем, що доходить до поверхні рідини. Посудина і поршень повинні смачиваться рідиною. Якщо тепер тягнути поршень на себе, то вода, сцепленная з дном поршня, піде за ним. Але шар води, вчепившись за поршень, потягне за собою наступний шар води, цей шар потягне нижчележачий, в результаті рідина розтягнеться.
Зрештою стовп води розірветься (саме стовп води, а не вода відірветься від поршня), але станеться це тоді, коли сила на одиницю площі дійде до десятків кілограмів. Іншими словами, в рідині створюється негативний тиск в десятки атмосфер.
Уже при малих позитивних тисках стійким є пароподібний стан речовини. А рідина можна довести до негативного тиску. Більш яскравий приклад "перегріву" не придумаєш.