Övermättad ånga

Övermättad ånga  - ånga , vars tryck överstiger trycket för mättad ånga vid en given temperatur [1] . Det kan erhållas genom att öka ångtrycket i en volym fri från kondensationscentra (dammpartiklar, joner , små vätskedroppar, etc.). Ett annat sätt att erhålla är kylning av mättad ånga under samma förhållanden. I samband med den senare metoden att erhålla mättad ånga används även benämningen underkyld ånga i förhållande till den [2] [3] [4] . Dessutom förekommer ibland termen övermättad ånga i litteraturen.

Tillståndet för övermättad ånga är metastabilt , det vill säga ett sådant tillstånd av ånga kan existera under lång tid, men det är termodynamiskt instabilt [5] . Så när några kondensationscentra uppstår, kondenserar en del av ångan, trycket från den återstående ångan sjunker och den övergår till ett stabilt tillstånd av mättad ånga över den kondenserade vätskan. En dynamisk jämvikt upprättas mellan vätske- och gasfasen.

Termodynamiskt instabila, metastabila tillstånd är också överhettade och underkylda vätskor, instabila för lavinkristallisation vid en temperatur under jämviktslösligheten eller smälttemperaturen, dessa är övermättade lösningar, underkylda smältor. Den överhettade vätskan kokar när förångningscentra bildas.

Metastabila tillstånd observeras inte bara under fasövergångar gas-vätska, flytande kristall, utan också under andra fasövergångar av materiens tillstånd, till exempel en förändring i kristallstrukturen. Så, kol i form av en allotrop modifiering i form av diamant är termodynamiskt instabil under normala förhållanden och är i ett metastabilt tillstånd, som gradvis förvandlas till grafit  - under dessa förhållanden till en stabil fas. Ett annat exempel är omvandlingen av vitt tenn till grått tenn vid låga temperaturer.

Metastabila tillstånd under smältningen av kristallina fasta ämnen är okända.

Applikation

Ånga kan kylas och övermättad ånga kan erhållas genom snabb expansion av icke-övermättad ånga [6] , i en process nära adiabatisk . Med snabb expansion hinner inte betydande värmeväxling med miljön inträffa, därför kyls ångan i en sådan process. Denna metod för att erhålla övermättad ånga används i molnkammaren  - en anordning utformad för att visualisera banorna för laddade partiklar [4] .

En snabbladdad partikel [7] , som har flugit in i en kammare fylld med övermättad ånga, i kollisioner med gasmolekyler orsakar deras jonisering. De resulterande jonerna fungerar som centra (kärnor) av kondensation, och den övermättade ångan i kammaren börjar kondensera på dem. Gradvis, som ett resultat av kondensering, ökar storleken på vätskedroppar och når storlekar som är jämförbara med ljusets våglängd och börjar sprida synligt ljus ganska bra. Dessa droppar ligger i en kedja (spår) längs partikelbanan, vilket gör den tydligt synlig och tillgänglig för observation och fotografering [8] . Efter att ha registrerat partikelspår i molnkammaren måste den återaktiveras, det vill säga övermättad ånga måste skapas i den igen. Detta uppnås genom att öka trycket i kammaren, till exempel genom att flytta kolven till kompression. Under adiabatisk kompression, åtföljd av uppvärmning av gasen, passerar övermättad eller mättad ånga till överhettad ånga , medan små vätskedroppar som suspenderas i gasen snabbt avdunstar. Den efterföljande adiabatiska expansionen av gasen i kammaren förbereder den för omregistrering av nya partikelspår.

En annan metod för att erhålla övermättad ånga används i diffusionskammare utformade för samma ändamål som grumlingskammaren. I dessa kammare uppstår övermättnad av ånga som ett resultat av den kontinuerliga rörelsen av ångflödet från det relativt varma kammarlocket till bottenytan som hålls vid en reducerad temperatur. I utrymmet mellan locket och botten bildas ett område fyllt med övermättad ånga. Nära locket - överhettad ånga, nära botten - mättad ånga. I motsats till molnkammaren finns övermättad ånga ständigt i diffusionskammaren, så den kan användas kontinuerligt för att observera laddade partikelspår [9] .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Övermättad ånga // Physical Encyclopedic Dictionary / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M .: Soviet Encyclopedia , 1984. - S.  529 . — 944 sid.
  2. ↑ Lyubitov Yu. N. Mättad ånga // Physical Encyclopedia / Ch. ed. A. M. Prokhorov . - M .: Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3. - S. 248. - 672 sid. - 48 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-019-3 .
  3. ↑ Sivukhin D.V. Allmän kurs i fysik. - M . : Fizmatlit , 2005. - T. II. Termodynamik och molekylär fysik. - S. 384. - 544 sid. - ISBN 5-9221-0601-5 .
  4. ↑ 1 2 Savelyev I. V. . Kurs i allmän fysik. - M . : "Nauka", 1970. - T. I. Mekanik. Molekylär fysik. - S. 414-415.
  5. ↑ Metastabilt tillstånd // Physical Encyclopedia / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M .: Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3. - S. 121-122. — 672 sid. - 48 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-019-3 .
  6. ↑ Mättad eller till och med överhettad.
  7. ↑ En partikels kinetiska energi måste vara många gånger större än energin för jonisering av gasmolekyler i kammaren.
  8. ↑ Molnkammare Arkiverad 2 juli 2013 på Wayback Machine i Atomic Encyclopedia
  9. ↑ Diffusionskammare // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 volymer]  / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.

Länkar