Överhettad vätska

Överhettad (metastabil) vätska  - en vätska som värms upp över kokpunkten. En överhettad vätska är ett exempel på ett metastabilt tillstånd , i ett antal energi- och tekniska lägen orsakar det sådana specifika dynamiska fenomen som explosiv kokning på grund av lagrad värme, instabilitet i vätske-ånga-gränssnittet och bildandet av en fasövergångsfront.

Förekomsten av överhettade (metastabila) tillstånd är förknippad med svårigheten i det inledande skedet av första ordningens fasövergång. Den diskontinuerliga karaktären av övergången ( , ; här  är den specifika entropin ,  är den specifika volymen) utesluter möjligheten av transformation nära jämvikt i hela materiens massa samtidigt. Fasövergången börjar vid individuella "punkter" i det homogena systemet, dessa punkter måste uppfylla villkoret (  är radien för kärnan,  är radien för den kritiska kärnan) - sedan åtföljs tillväxten av en ny fas av en minskning av den termodynamiska potentialen.

Kännetecknet för den potentiella barriären som kärnan behöver övervinna för att nå den kritiska storleken är arbetet med att bilda den kritiska kärnan:

var

kan också skrivas i termer av jämviktsegenskaper:

var  är ytspänningskoefficienten .

Exempel

Argon , atmosfärstryck:

Som du kan se uppnås i experimentet en överhettning på 44 grader.

Vatten tillåter stabil överhettning upp till 200 °C. Vatten uppvärmt till 300 °C kan existera i flytande tillstånd vid atmosfärstryck under en tid i storleksordningen mikrosekunder [1] .

Det är extremt svårt att överhetta vatten från naturliga källor, eftersom det innehåller en stor mängd mikroskopiska suspensioner (mineralpartiklar, bakterier), som vid upphettning blir kokcentra. Men välfiltrerat eller destillerat vatten kan överhettas även i en hushållsvattenkokare , vilket är en ökad fara, eftersom den minsta skakningen av vattenkokaren omedelbart kommer att koka hela volymen överhettat vatten, vilket orsakar en ångexplosion . Av denna anledning innehåller bruksanvisningen för nästan alla vattenkokare ett förbud mot användning av destillerat vatten. Ännu större överhettning kan uppnås genom att värma vatten i en mikrovågsugn. Detta är mycket vanligt[ hur mycket? ] orsak till brännskador när vattnet inte verkar koka, men efter ett lätt tryck börjar vattnet koka snabbt . Av denna anledning innehåller bruksanvisningarna för mikrovågsugnar ett kategoriskt förbud mot att värma vatten med deras hjälp.

Fenomenet med överhettning av vatten minskar effektiviteten hos ångpannor.

Vissa tekniker för rengöring av förorenade ytor är baserade på fenomenet vätskeöverhettning. Föremålet som ska rengöras nedsänks i en överhettad vätska och ångbubblor bildas på föroreningarna som förstör dem. Samma effekt tillämpas även vid ultraljudsrengöring , där överhettning av vätskan skapas på grund av en lokal tryckminskning bakom den akustiska vågfronten ( ultraljudskavitation ).

Se även

Anteckningar

  1. ↑ "Science of the Ural" nr 12. maj 2009

Litteratur

V. E. Vinogradov. Undersökning av uppkokningen av överhettade och sträckta vätskor (Abstrakt av avhandlingen för doktorsexamen i fysikaliska och matematiska vetenskaper)  (otillgänglig länk) 43. Institute of Thermal Physics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (2006). Hämtad 28 juli 2011. Arkiverad från originalet 22 augusti 2011.

Länkar