Overophedet væske

Overophedet (metastabil) væske - en væske opvarmet over kogepunktet. En overophedet væske er et eksempel på en metastabil tilstand , i en række energi- og teknologiske tilstande forårsager den sådanne specifikke dynamiske fænomener som eksplosiv kogning på grund af lagret varme, ustabilitet i væske-damp-grænsefladen og dannelsen af en faseovergangsfront.

Eksistensen af overophedede (metastabile) tilstande er forbundet med vanskeligheden ved den indledende fase af førsteordens faseovergang. Den diskontinuerlige karakter af overgangen ( , ; her er den specifikke entropi , er det specifikke volumen) udelukker muligheden for transformation nær ligevægt i hele stofmassen samtidigt. Faseovergangen begynder ved individuelle "punkter" af det homogene system, disse punkter skal opfylde betingelsen ( er radius af kernen, er radius af den kritiske kerne) - derefter er væksten af en ny fase ledsaget af et fald i det termodynamiske potentiale. $dS\neq 0$ $dv\neq 0$ $S$ $v$ $R>R_{r}$ $R$ $R_{r}$

Det karakteristiske ved den potentielle barriere, som kernen skal overvinde for at nå den kritiske størrelse, er arbejdet med dannelsen af den kritiske kerne:

W={\frac {1}{2}}V(P_{s}-P)\venstre(1-{\frac {v_{1}}{v_{2}}}\right),

V={\frac {4}{3}}\pi R_{k}^{3},

hvor

$V$ er volumen af den kritiske boble,
$R_k$ er den kritiske bobleradius,
$P_{s}$ er damptrykket ved mætningslinjen (ved givet ), $T$
$P$ er trykket i væsken,
$v_{1}$ er det specifikke volumen af væske,
$v_{2}$ er det specifikke volumen af damp.

$W$ kan også skrives i forhold til ligevægtsegenskaber:

W={\frac {16\pi D^{3}}{3(P_{s}-P)^{2}\left(1-{\dfrac {v_{1}}{v_{2}}} \right)^{2}}},

hvor er overfladespændingskoefficienten . $D$

Eksempler

Argon , atmosfærisk tryk:

Mætning T = -186 °C
T opnåelig overhedning = -142 °C.

Som du kan se, opnås i forsøget en overophedning på 44 grader.

Vand tillader stabil overophedning op til 200 °C. Vand opvarmet til 300 °C kan eksistere i flydende tilstand ved atmosfærisk tryk i en tid af størrelsesordenen mikrosekunder [1] .

Det er ekstremt svært at overophede vand fra naturlige kilder, da det indeholder en stor mængde mikroskopiske suspensioner (mineralpartikler, bakterier), som, når de opvarmes, bliver kogende centre. Men godt filtreret eller destilleret vand kan blive overophedet selv i en husholdningskedel , hvilket er en øget fare, da den mindste rystelse af kedlen øjeblikkeligt vil koge hele mængden af overophedet vand, hvilket forårsager en dampeksplosion . Af denne grund indeholder brugsanvisningen til næsten alle elkedler et forbud mod brug af destilleret vand. Endnu større overophedning kan opnås ved at opvarme vand i en mikrobølgeovn. Dette er meget almindeligt[ hvor meget? ] årsag til forbrændinger, når vandet ikke ser ud til at koge, men efter et lille tryk begynder vandet at koge hurtigt . Af denne grund indeholder brugsanvisningerne til mikrobølgeovne et kategorisk forbud mod opvarmning af vand med deres hjælp.

Fænomenet med overophedning af vand reducerer effektiviteten af dampkedler.

Nogle teknologier til rengøring af forurenede overflader er baseret på fænomenet væskeoverophedning. Genstanden, der skal rengøres, nedsænkes i en overophedet væske, og der dannes dampbobler på forureningen, som ødelægger dem. Samme effekt anvendes også ved ultralydsrensning , hvor overophedning af væsken skabes på grund af et lokalt trykfald bag den akustiske bølgefront ( ultralydskavitation ).

Se også

Noter

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

Litteratur

V. E. Vinogradov. Undersøgelse af opkogningen af overhedede og strakte væsker (Sammendrag af afhandlingen for graden af Doktor i Fysiske og Matematiske Videnskaber) (utilgængeligt link) 43. Institut for Termisk Fysik, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (2006). Hentet 28. juli 2011. Arkiveret fra originalen 22. august 2011. (ubestemt)

Links

Overophedet væske på YouTube . V. I. Gervids. NRNU MEPhI (10.03.2011). - Fysiske demonstrationer. (Få adgang: 23. juni 2011)

Materiens termodynamiske tilstande

Fasetilstande

Aggregeringstilstand Fasebalance Faseregel fasediagram Tilstandsligning
Solid	krystaller Monokrystal polykrystal Krystallit
mesofase	Amorfe kroppe glasagtig tilstand flydende krystal Nematisk Smektisk kolesterisk Søjlefase Mesogen Membran
Væske	Ideel væske Metastabil tilstand overophedet væske superkølet væske strakt væske Nedsmeltning superkritisk væske
Gas	Ideel gas rigtig gas Damp Mættet damp overophedet damp overmættet damp
Plasma	elektromagnetisk Quark-gluon plasma Glazma
Lav temperatur	bose kondensat Fermionisk kondensat kvantegas bose gas Fermi gas degenereret gas kvantevæske bose væske Fermi væske superflydende fast stof Fænomener Superfluiditet Superledningsevne
Andet	mærkelig sag fotonisk molekyle farve glas kondensat

Faseovergange

Første slags

Anden slags

i elektriske fænomener	ferroelektrisk Antiferroelektrisk
i magnetiske fænomener	ferromagneter Paramagneter Antiferromagneter

kvante

lambda punkt

Spred systemer

Geler
- Aerogel
Løsninger
kolloide systemer
- grov
- Frit spredt kolloid
Sol
Spraydåse
- Røg
- Støv
- Tåge
- tåge
Affjedring
Emulsion

se også