Допустим, что число фаз химически однородного вещества, находящихся в равновесии друг с другом, равно трем. Примером может служить система, состоящая из твердой фазы, жидкости и ее пара. Для равновесия необходимо соблюдение трех условий:

j 1 (P,T) =j 2 (P,T),

j 2 (P,T) =j 3 (P,T), (2)

j 3 (P,T) =j 1 (P,T).

Первое есть условие равновесия между жидкостью и ее паром; второе - между жидкостью и твердой фазой; третье - между твердой фазой и паром. Эти три условия не независимы. Каждое из них является следствием двух остальных. Первое уравнение системы (2) изображает на плоскости Т-Р кривую равновесия между газом и жидкостью, т.е. кривую испарения 1-2 на рис. 2. Второе изображает кривую равновесия твердой и жидкой фаз 2-3. Она называется кривой плавления. Кривая плавления пересекается с кривой испарения в точке А, называемой тройной точкой. Через тройную точку должна проходить и кривая возгонки 3-1, т.е. кривая равновесия между твердой и газообразной фазами. Это непосредственно следует из третьего уравнения системы (2).

Три границы встречаются в одной точке, называемой «тройной точкой», т.е. при температуре и давлении, которые определяют эту точку, вода является твердой, жидкой и газ! Эта характеристика свойственна воде, другие элементы не имеют тройной точки, а две «двойные точки»!

В настоящее время на полюсах наблюдаются только ледяные шапки, которые частично перекрывают лето. показал, что Марс потерял большую часть своей атмосферы из-за ее низкой массы, поэтому давление значительно уменьшилось, и жидкое состояние воды стало невозможным. У Венеры слишком много давления на жидкую воду. Европа, спутник Юпитера, будет иметь жидкую воду под ее толстым слоем льда.

Таким образом, три фазы могут находиться в равновесии друг с другом в одной точке, а именно в тройной точке, т.е. при вполне определенных значениях температуры и давления.

Рис.2 Диаграмма состояний трех фаз вещества

Для воды тройная точка лежит примерно на 0.008 0 С выше точки плавления при нормальном атмосферном давлении. Давление в тройной точке составляет около 4.58 мм. рт. ст. Тройная точка воды является основной реперной точкой при построении абсолютной термодинамической шкалы температур Кельвина, а также практической международной шкалы температур Цельсия.

Вода имеет очень важные физико-химические характеристики. Это очень эффективный растворитель, то есть многие молекулы могут его растворить, он оказывает буферное воздействие на температуры, то есть накапливает много энергии без нагрева, он имеет нейтральный рН, то есть чистая вода не является кислой или щелочной.

Молекулы в жидкостях имеют колебательные и поступательные движения. Жидкости могут быть веществами или смесями. Испарение происходит при всех температурах и является поверхностным явлением, поверхностные частицы более легкие, чем остальная масса жидкости. Испарение благоприятствует нагреванию, ветру, повышенной контактной поверхности. Когда молекула переходит в состояние пара, система может быть закрыта или открыта. Явление кипения более сложное и бурное: с добавлением тепла молекулярное движение увеличивается, число молекул поднимается до состояния пара.

Кривые испарения, плавления и возгонки делят плоскость Т-Р на три области (рис. 2). Точкам области 1 соответствует газообразное, области 2 - жидкое, области 3 - твердое состояние вещества. Плоскость Т-Р с указанными тремя кривыми равновесия называется диаграммой состояний.

Диаграмма состояний позволяет судить, какие будут происходить фазовые превращения при том или ином процессе. Допустим, например, что производится нагревание при постоянном давлении. На диаграмме состояний такой процесс представляется горизонтальной прямой. Если эта прямая проходит выше тройной точки, то в точке B (рис.2) она пересекает кривую плавления, а в точке С - кривую испарения. Значит, при нагревании твердое тело сначала расплавится, а затем жидкость испарится.

На свободной поверхности жидкости молекулы пара прессуют и образуют давление пара. Когда мы прогреваемся, некоторые молекулы во внутренней массе пытаются стать паром, но они не могут. Когда температура позволяет всем молекулам испарения начинать кипение, давление пара равно давлению, приложенному наружу. Это объясняет, почему изменение давления изменяет температуру кипения.

Фазовая диаграмма химического вида позволяет. Знать области существования каждой фазы химических видов, рассматриваемых в терминах температуры и давления; определить необходимые условия для равновесного сосуществования нескольких его фаз. Представим себе заполнение воды прозрачной емкостью, которая ранее была заполнена вакуумом, оснащена термометром для измерения температуры и манометром для измерения давления. Представим себе, что постепенно прогревается. Система, сначала состоящая из твердого и пара, превращается в жидкость и пар, а затем в газ выше критической температуры.

В случае четырех фаз для равновесия необходимо выполнение шести уравнений типа (2), из которых, однако, независимы только три. Геометрически задача сводится к нахождению общей точки пересечения трех кривых равновесия фаз. Но три кривые пересекаются, вообще говоря, в трех, а не в одной точке. Пересечение в одной точке является исключительным случаем, с которым практически можно не считаться. Физически это означает, что четыре и большее число фаз химически однородного вещества не могут находиться в равновесии между собой ни при каких давлениях и температурах. Максимальное число фаз, находящихся в равновесии друг с другом, не может превышать трех.

Сейчас мы проводим различные серии экспериментов, которые состоят в измерении температуры плавления льда при возрастающих давлениях, приложенных к системе ледяной воды с помощью поршня. Таким образом, три ветви кривой представляют собой фазовые проходы. На диаграммных участках присутствуют отдельные фазы, твердые, жидкие или пара. Существует только одна фаза, называемая «критическая фаза». Выше критической температуры вы не можете говорить больше, чем водяной пар, но водяной газ. Лед в обычных условиях давления для повышения температуры плавких предохранителей и не возвышается, потому что давление, соответствующее тройной точке воды, ниже, чем давление окружающей среды.

Рис. 3. Диаграмма состояний серы

Если число фаз, в которых может находиться химически однородное вещество при всевозможных значениях температуры и давления, превышает три, то плоскость Т-Р разбивается на ряд областей (рис. 3). Каждая точка плоскости Т-Р, если она не лежит на границе области, изображает однофазное состояние вещества. Области граничат между собой вдоль кривых, каждая из которых является кривой равновесия соответствующих двух фаз. Всякая точка, лежащая на кривой равновесия, изображает двухфазное состояние вещества, причем в этом состоянии фазы могут быть представлены в любых пропорциях. Кривые равновесия фаз могут пересекаться по три в отдельных точках. Это тройные точки, в которых находятся в равновесии три граничащие друг с другом фазы.

Обычно твердые вещества имеют тройное давление ниже давления окружающей среды для нагрева расплава и не сублимируют. Углекислый газ имеет тройную точку при 5. 1 атм, поэтому сухой лед для возвышенного нагрева не тает. Поэтому сухой лед имеет преимущество над льдом, чтобы не производить жидкость. Это означает, что в случае увеличения «всей воды» давления, приложенного снаружи, температура плавления уменьшается, выше этого значения кривая принимает положительный наклон. Знаете ли вы, что вода поворачивается на нулевом уровне и замерзает сотню?

В качестве примера на рис. 3 представлена в упрощенном виде диаграмма состояний серы. Сера может существовать в двух кристаллических модификациях - моноклинной и ромбической. В соответствии с этим на диаграмме состояний имеются три тройных точки S, T и L. Область моноклинной модификации ограничена треугольником STL. Область ромбической модификации лежит выше кривой GSLF.

На самом деле, вы знаете обратное, но это неправда. Вот звук того, что происходит в одном из этих современных воздушных змеев, когда наша душа согревается по утрам. Цельсия, по его метеорологическим наблюдениям, добирается до идеи ее температурной шкалы и соответствующего термометра. Вот почему это ставит условие, что кипение при нулевом градусе означает процесс, который имеет место при давлении 1 атм. Порода и термометр Цельсия была принята Королевским обществом науки в его родном городе Упсала, но через год после его смерти еще один шведский ученый, знаменитый Карл Линней, превратил этот камень в большее удобство для реализации ряда практических научных целей.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте определение фазы вещества и фазового превращения.

2. Сформулируйте условия равновесия нескольких фаз.

3. Как строится диаграмма фазовых состояний вещества? Рассмотрите фазовую диаграмму для процесса испаарение-конденсация и диаграмму состояний трех фаз вещества.

4. Какое максимальное число фаз может находиться в равновесии друг с другом?

Таким образом, он приобретает свой нынешний облик и переходит в массовое производство. Ученые быстро привыкают к этому, они используют его как официальные, и большинство стран по всему миру в настоящее время составляют только исключения из Соединенных Штатов и Ямайки.

Однако в течение трех столетий люди называли изобретение просто шведским термометром или шведской скалой. Но не заставляйте меня объяснять вам, что такое тройная точка воды, а не переизбираться с наукой, потому что завтра у нас будет мышечная лихорадка мозга.

Другими словами, семья Целий или Целиус пришла из поколения в поколение и, как было обычно в то время для людей выдающихся родов в любой точке Европы, на самом деле является латинизированной версией семейной усадьбы. Затем латынь еще не смещена с французского как общий европейский язык, который произошел немного позже в том же 18 веке. Вдобавок ко всему, семья Цельсий тесно связана с наукой, для которой латынь, несомненно, является обязательным атрибутом. Его отец, Нильс, профессор астрономии, а до этого в своем университете в Уппсале он учит своих двух бабушек и дедушек, Магнуса, известного математика, а Андерс также является астрономом.

Из предложенных Вам ответов на данный вопрос выберите правильный.

1. Сколько имеется агрегатных состояний вещества?

г) четыре.

2. Какие состояния вещества являются конденсированными?

а) твердое и газообразное,

б) жидкое и газообразное,

в) твердое и жидкое,

г) твердое, жидкое и газообразное.

3.Какова единица измерения термодинамического потенциала в СИ?

Как уже было сказано, с детства у Андерса Цельсия младшего есть астролябия для игрушек, и он преподает математические формулы вместе с буквами алфавита. Однако в 17 лет он фактически записал закон в Упсальском университете, затем сменил факультет и начал астрономию.

Несмотря на серьезные прорывы, уже сделанные Галилеем и некоторыми другими исследователями в небе, в начале 18-го века астрономы продолжают в какой-то мере считаться «звездчиками» или даже «астрологами», т.е. их область изучения охватывает не только наблюдение за небесными но и в поисках прямой связи с земными событиями. Они должны ответить, как и как звезды и их движения влияют на климат, приливы, их отношения с началом войны или подписание мира, даже - как и как звезды, если человек умрет молодым или будет живет глубокий старость.

а) джоуль,

Точка соответствует самому низкому давлению, при котором еще возможно превращение вещества из твердого состояния в жидкое и обратно, т. е. равновесное состояние между твердой и жидкой фазами; при меньших давлениях жидкое состояние не существует. На этом же чертеже нанесена кривая зависимости давления насыщенного пара от температуры, о которой упоминалось в § 13 ч. II (см. рис. 11.25) и в § 17 (см. формулу (3.32)). Слева от этой кривой вещество находится при температурах, которые меньше температуры кипения, т. е. в жидком состоянии; точки, расположенные справа от этой кривой, соответствуют более высоким температурам и, следовательно, состояниям ненасыщенного пара. Вдоль самой кривой жидкость и насыщенный пар существуют одновременно, т. е. каждая точка этой кривой соответствует равновесному состоянию между кипящей жидкостью и ее насыщенным паром. Точка этой кривой соответствует самой низкой температуре и дамому низкому давлению, при которых еще может существовать жидкость в равновесии со своим насыщенным паром. Точка называется тройной точкой данного вещества. В этой точке одновременно существуют в равновесии друг с другом все три фазы или агрегатные состояния вещества: твердое, жйдкое и газообразное (насыщенный пар). Для каждого вещества имеются определенные

Некоторые из этих тем содержат реальный научный заряд, другие - чисто умозрительные. Но на самом деле это объяснение великой жизни и научной деятельности в различных, казалось бы, не связанных с астрономией сферах, деятельности, которые Андерс Целиус поддерживает на протяжении своего короткого, но полного научного приключения.

Между тем, он провел ряд экспериментов, первоначально под прямым руководством своего отца, но он умер, когда Андерсу было 23 года, затем он принял эстафету. Это становится одним из трех его величайших вкладов в науку, потому что книга включает в себя развитие идеи прямой связи между Северным светом и магнитным полем Земли. Изучая Северный Свет и его эффекты, Андерс Целиус работает более 15 лет и имеет много эмпирических материалов. Это исследование приносит ему должность профессора и должность преподавателя в его родном университете.

значения давления и температуры тройной точки. При меньших давлениях могут существовать только твердое и газообразное состояния. Кривая показывает зависимость между давлением и температурой насыщенного пара, находящегося в равновесии с твердой фазой.

Непосредственное испарение твердых тел (называемое «возгонкой», или сублимацией) происходит при температурах, меньших, чем температура тройной точки.

Ведущей идеей для него в то время было создание в Уппсале настоящей, серьезной астрономической обсерватории, в комплекте с самыми современными телескопами и другой утварью. Они отсутствуют в Швеции, поэтому он продолжает долгую «творческую поездку» в Европу, чтобы не только увидеть, но и купить.

Чтобы рассчитать точные размеры и определить реальную форму земного шара, ученые должны измерить длину астрономического меридиана в одной градусе от поверхности Земли на экваторе и на одном из полюсов. Однако добраться до полюса - задача слишком сложная, поэтому Цельсий предлагает провести исследование в Лапландии, самой северной точке Швеции, а затем внести необходимые математические корректировки.

Для многих веществ (металлы и др.) нормальная температура (15° С) значительно ниже температуры их тройных точек. Согласно кривой эти вещества при нормальной температуре имеют очень маленькое давление насыщенных паров. Очевидно, чем больше давление насыщенного пара над поверхностью твердого тела, тем интенсивнее может протекать процесс испарения этих тел. Например, легко испаряется йод, который в своей тройной точке (114° С) имеет давление насыщенных паров, равное 90 мм рт. ст. Высыхание мокрого белья на морозе объясняется тем, что находящаяся в нем вода сначала замерзает, а образующийся лед затем испаряется, так как на морозе температура льда меньше, чем температура тройной точки воды а давление насыщенных водяных паров достигает нескольких миллиметров ртутного столба (при -10° С это давление равно

Он сам входит в экспедицию во главе с французским математиком Пиаром Мопертуре, делая соответствующие измерения, которые сопоставляются с теми, которые были проведены в то же время аналогичной экспедицией на земли нынешнего Эквадора, что доказывает предположение Ньютона о том, что Земля на самом деле не является шар, но овально, что он сплющен на полюсах. Успех экспедиции велик, Андерс Целиус получает свою долю славы и выпускает книгу «Наблюдения за определением формы Земли».

В нем Цельсий немедленно начинает серию наблюдений, чтобы описать и классифицировать яркость некоторых звезд. Это считается первой попыткой измерить интенсивность звездного света более чем обычным человеческим глазом. Несмотря на свое плохое здоровье, Андерс Целиус выполняет наблюдения за солнечными затмениями и различными астрономическими объектами, а также публикует каталог яркости более 300 звезд, используя свою собственную фотометрическую систему. Между тем, всего за два года до его смерти он опубликовал идею знаменитого температурного камня.

Заметим, что удельная теплота возгонки, т. е. теплота, необходимая для превращения вещества из твердого состояния непосредственно в газообразное, оказывается равной сумме удельных теплот плавления и парообразования.

Температура тройной точки воды используется как реперная температура термодинамической шкалы Кельвина. Допустим, что идеальное рабочее тело, совершая идеальный цикл Карно, получает теплоту при температуре и отдает теплоту при температуре Измеряя можно, согласно § найти отношение температур Для того чтобы построить температурную шкалу, необходимо придать определенные («реперные») значения. В качестве таких реперных температур можно взять температуры кипения воды и таяния льда при нормальных условиях, приняв их разность за 100° С. Тогда по измеренному отношению и выбранной разности можно определить всю температурную шкалу. Очевидно, реперные точки должны воспроизводиться с очень большой точностью, так как они определяют величину градуса. Поэтому В. Томсон (Кельвин) и независимо от него Д. И. Менделеев предложили создать шкалу с одной реперной температурой, в качестве которой выбрана очень точно воспроизводимая (с ошибкой, не превышающей градуса) тройная точка воды. В Международной системе единиц физических величин дано следующее определение градуса: кельвин - единица температуры по термодинамической температурной шкале, в которой для температуры тройной точки воды установлено значение 273,16° (точно).

Андерс Целиус родился в лютеранской вере, и с протестантским рвением, как ученым, он всю свою жизнь изучал великое творение Бога. Ему также говорят, что он настоящий математический маг. Возможно, у него не было времени на это. Цельсий умер только 42 года от очень тяжелой формы туберкулеза, которая поражает не только легкие, но и кости и другие части тела. Его похоронили, как настоящий викинг, рядом с его дедушкой Магнусом Цельсием в церкви Гамла Упсала, в пяти километрах от Упсалы. Гамла - деревня, известная с древних времен как шведский религиозный центр, который считается одним из резиденций Одина.