-->
|
|
|
Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ |
|
Ãëàâà 8. Òâåðäûå òåëà è èõ ïðåâðàùåíèå â æèäêîñòè § 8.9. Èçìåíåíèå îáúåìà òåëà ïðè ïëàâëåíèè è îòâåðäåâàíèè. Òðîéíàÿ òî÷êà (îêîí÷àíèå)Òðîéíàÿ òî÷êàÆèäêîñòü ìîæåò íàõîäèòüñÿ â ðàâíîâåñèè ñî ñâîèì ïàðîì (íàñûùåííûì ïàðîì). Íà ðèñóíêå 6.5 (ñì. § 6.3) ïðåäñòàâëåíà çàâèñèìîñòü äàâëåíèÿ íàñûùåííîãî ïàðà îò òåìïåðàòóðû (êðèâàÿ ÀÂ), ïîëó÷åííàÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî. Òàê êàê êèïåíèå æèäêîñòè ïðîèñõîäèò ïðè äàâëåíèè, ðàâíîì äàâëåíèþ åå íàñûùåííûõ ïàðîâ, òî ýòà æå êðèâàÿ äàåò çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû êèïåíèÿ îò äàâëåíèÿ. Îáëàñòü, ëåæàùàÿ íèæå êðèâîé ÀÂ, îòâå÷àåò ãàçîâîìó ñîñòîÿíèþ, à âûøå — æèäêîìó. Êðèñòàëëè÷åñêèå òåëà ïëàâÿòñÿ ïðè îïðåäåëåííîé òåìïåðàòóðå, ïðè êîòîðîé òâåðäàÿ ôàçà íàõîäèòñÿ â ðàâíîâåñèè ñ æèäêîé. Òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ çàâèñèò îò äàâëåíèÿ. Ýòó çàâèñèìîñòü ìîæíî ïîêàçàòü íà òîì æå ðèñóíêå, ãäå èçîáðàæåíà çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû êèïåíèÿ îò äàâëåíèÿ. Íà ðèñóíêå 8.35 êðèâàÿ ÒÊ õàðàêòåðèçóåò çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû êèïåíèÿ îò äàâëåíèÿ. Îíà çàêàí÷èâàåòñÿ â òî÷êå Ê, ñîîòâåòñòâóþùåé êðèòè÷åñêîé òåìïåðàòóðå, òàê êàê âûøå ýòîé òåìïåðàòóðû æèäêîñòü íå ìîæåò ñóùåñòâîâàòü. Ëåâåå êðèâîé ÒÊ ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì òî÷êàì ïîñòðîåíà êðèâàÿ ÒÑ çàâèñèìîñòè òåìïåðàòóðû ïëàâëåíèÿ îò äàâëåíèÿ (ëåâåå, òàê êàê òâåðäîé ôàçå ñîîòâåòñòâóþò ìåíüøèå òåìïåðàòóðû, ÷åì æèäêîé). Îáå êðèâûå ïåðåñåêàþòñÿ â òî÷êå Ò.
×òî áóäåò ñ âåùåñòâîì ïðè òåìïåðàòóðå íèæå òåìïåðàòóðû tòð, ñîîòâåòñòâóþùåé òî÷êå T? Æèäêàÿ ôàçà ïðè ýòîé òåìïåðàòóðå óæå ñóùåñòâîâàòü íå ìîæåò. Âåùåñòâî áóäåò ëèáî â òâåðäîì, ëèáî â ãàçîîáðàçíîì ñîñòîÿíèè. Êðèâàÿ ÎÒ (ñì. ðèñ. 8.35) ñîîòâåòñòâóåò ðàâíîâåñíûì ñîñòîÿíèÿì òâåðäîå òåëî — ãàç, âîçíèêàþùèì ïðè ñóáëèìàöèè òâåðäûõ òåë. Òðè êðèâûå ÊÒ, ÒÑ è ÎÒ äåëÿò ôàçîâóþ ïëîñêîñòü íà òðè îáëàñòè, â êîòîðûõ âåùåñòâî ìîæåò íàõîäèòüñÿ â îäíîé èç òðåõ ôàç. Ñàìè êðèâûå îïèñûâàþò ðàâíîâåñíûå ñîñòîÿíèÿ æèäêîñòü — ïàð, æèäêîñòü — òâåðäîå òåëî è òâåðäîå òåëî — ïàð. Ñóùåñòâóåò òîëüêî îäíà òî÷êà Ò, â êîòîðîé âñå òðè ôàçû íàõîäÿòñÿ â ðàâíîâåñèè. Ýòî è åñòü òðîéíàÿ òî÷êà. Òðîéíîé òî÷êå îòâå÷àþò åäèíñòâåííûå çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ. Åå ìîæíî òî÷íî âîñïðîèçâîäèòü, è îíà ñëóæèò îäíîé èç âàæíåéøèõ îïîðíûõ òî÷åê ïðè ïîñòðîåíèè àáñîëþòíîé øêàëû òåìïåðàòóð. Äëÿ âîäû àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà òðîéíîé òî÷êè ïðèíÿòà ðàâíîé Òòð = 273,16 Ê, èëè tòð = 0,01°Ñ. Íà ðèñóíêå 8.35 èçîáðàæåíà ôàçîâàÿ äèàãðàììà âîäû, ó êîòîðîé òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ óìåíüøàåòñÿ ñ ðîñòîì äàâëåíèÿ. Äëÿ îáû÷íûõ âåùåñòâ êðèâàÿ ÒÑ íàêëîíåíà â ïðîòèâîïîëîæíóþ ñòîðîíó ïî îòíîøåíèþ ê âåðòèêàëè, ïðîõîäÿùåé ÷åðåç òî÷êó Ò. Íàïðèìåð, òàêîé âèä áóäåò èìåòü ôàçîâàÿ äèàãðàììà îêñèäà óãëåðîäà ÑO2. Òåìïåðàòóðà òðîéíîé òî÷êè ÑO2 tòp = -56,6 °Ñ, à äàâëåíèå ðòp = 5,1 àòì. Ïîýòîìó ïðè îáû÷íîì àòìîñôåðíîì äàâëåíèè è òåìïåðàòóðå, áëèçêîé ê êîìíàòíîé, óãëåêèñëîòà íå ìîæåò íàõîäèòüñÿ â æèäêîì ñîñòîÿíèè. Òâåðäàÿ ôàçà ÑO2 íàçûâàåòñÿ îáû÷íî ñóõèì ëüäîì. Îí èìååò î÷åíü íèçêóþ òåìïåðàòóðó è íå ïëàâèòñÿ, à ñðàçó èñïàðÿåòñÿ (ñóáëèìàöèÿ).
* * *  çàêëþ÷åíèå îòìåòèì îãðîìíîå çíà÷åíèå ôèçèêè òâåðäîãî òåëà äëÿ ðàçâèòèÿ òåõíèêè è öèâèëèçàöèè âîîáùå. ×åëîâå÷åñòâî âñåãäà èñïîëüçîâàëî è áóäåò èñïîëüçîâàòü òâåðäûå òåëà. Íî åñëè ðàíüøå ôèçèêà òâåðäîãî òåëà íå ïîñïåâàëà çà ðàçâèòèåì òåõíîëîãèè, îñíîâàííîé íà íåïîñðåäñòâåííîì îïûòå, òî òåïåðü ïîëîæåíèå èçìåíèëîñü. Òåîðåòè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ íà÷èíàþò ïðèâîäèòü ê ñîçäàíèþ òâåðäûõ òåë, ñâîéñòâà êîòîðûõ ñîâåðøåííî íåîáû÷íû è ïîëó÷èòü êîòîðûå ìåòîäîì «ïðîá è îøèáîê» áûëî áû íåâîçìîæíî. Èçîáðåòåíèå òðàíçèñòîðîâ, î êîòîðûõ ïîéäåò ðå÷ü â äàëüíåéøåì, ÿðêèé ïðèìåð òîãî, êàê ïîíèìàíèå ñòðóêòóðû òâåðäûõ òåë ïðèâåëî ê ðåâîëþöèè âî âñåé ðàäèîòåõíèêå. Ñîçäàíèå ìàòåðèàëîâ ñ çàäàííûìè ìåõàíè÷åñêèìè, ìàãíèòíûìè è äðóãèìè ñâîéñòâàìè — îäíî èç îñíîâíûõ íàïðàâëåíèé ôèçèêè òâåðäîãî òåëà. Ïðèáëèçèòåëüíî ïîëîâèíà ôèçèêîâ âñåãî ìèðà ðàáîòàåò ñåé÷àñ â îáëàñòè ôèçèêè òâåðäîãî òåëà.
|
|
|