چرا یک نقطه بحرانی وجود دارد

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2141

سپاس: 3824

جنسیت:

تماس:

چرا یک نقطه بحرانی وجود دارد

پست توسط rohamjpl »

چرا یک نقطه بحرانی وجود دارد؟
چه چیزی منجر به وجود دمای بحرانی می شود؟
من هنوز نمی توانم به طور کامل ماهیت یک نقطه بحرانی در نمودارهای فاز را درک کنم.
معمولاً در کتاب های درسی گفته می شود که تفاوت بین حالت مایع و گاز یک ماده، کمی است تا کیفی. در حالی که درک آن برای انتقال مایع به جامد آسان است (شکستن تقارن یک تغییر کیفی است)، برای من مشخص نیست که چه معنایی برای مایع و گاز آن دارد: همیشه یک تفاوت کمی بین یک گاز در 300 K وجود دارد. و در 400 K.
آیا این درست است که بگوییم این ماده در حالت گاز است؟ آیا نباید در نمودار فاز مسیری که ماده به حالت فعلی خود رسیده را نیز مشخص کنیم؟ آیا از منحنی جوش عبور کرد یا از نقطه بحرانی گذشت و هرگز نجوشد؟
چرا حتی یک نقطه بحرانی وجود دارد؟ کورکورانه، من فرض می کنم که یا اصلاً منحنی جوش وجود ندارد - از آنجایی که تفاوت کمی است، چگالی یک ماده به آرامی با دما کاهش می یابد و با فشار افزایش می یابد. یا اینکه منحنی جوش تا «بی نهایت» پیش می‌رود (به اندازه‌ای که مولکول‌ها دست نخورده باقی می‌مانند، فشارها و دماهایی بالا). چرا متوقف می شود؟
نمای ماکروسکوپی
تفاوت "کمی" و نه کیفی در انتقال فاز مایع-گاز به این دلیل است که آرایش مولکول‌ها چندان تغییر نمی‌کند (تفاوت کیفی وجود ندارد) اما مقدار تراکم‌پذیری بسیار تغییر می‌کند (تفاوت کمی). این را می توان به راحتی در ایزوترم های واندروالس زیر دمای بحرانی مشاهده کرد.
انتقال فاز در خط چین AD رخ می دهد. برای حجم های کوچکتر از VD، شیب زیاد منحنی به این معنی است که برای کاهش حجم کمی نیاز به فشار زیادی است. این یک فاز مایع را مشخص می کند که تراکم پذیری بسیار کمی دارد. برای شیب بسیار کمتر و تراکم پذیری بالا است که مشخصه یک گاز است. در بین VD و VA یک فاز مخلوط وجود دارد که با تراکم پذیری واگرا مشخص می شود، یعنی حجم در فشار ثابت تغییر می کند.
بالاتر از دمای بحرانی دیگر چنین تغییر اساسی در تراکم پذیری وجود ندارد. ایزوترم واندروالس به شرح زیر است
تصویر
همانطور که اشاره کردید چگالی به طور مداوم با فشار افزایش می یابد. شما همچنین می توانید از معادله واندروالس، زمانی که به صورت نوشته می شود، ببینید
$p=\frac{NkT}{V-Nb}-a\frac{N^2}{V^2},$
که در دماهای بسیار بالا اینگونه رفتار می کند
$p\rightarrow \frac{NkT}{V-Nb},$
که از نظر کیفی با ایزوترم گاز ایده آل تفاوتی ندارد. فاز مایع وجود ندارد.
نمای میکروسکوپی
اجازه دهید ماده ای را زیر دمای بحرانی آن در نظر بگیریم. پس از انتقال فاز از گاز به مایع، یک منیسک (واسط) بین قسمت مایع و یک قسمت بخار (گاز) ظاهر می شود که به دلیل توزیع جنبشی سرعت ها وجود دارد. بخار چگالی بسیار کمتری دارد، بنابراین یک مولکول در قسمت عمده مایع پیوندهای بیشتری نسبت به یک مولکول در سطح (رابط) دارد. هر پیوند دارای انرژی اتصال منفی (حالت های پیوندی) است، بنابراین مولکول های موجود در سطح دارای انرژی اضافی هستند.
این باعث ایجاد چگالی انرژی سطحی (مثبت) می شود که چیزی جز کشش سطحی سطح مشترک نیست. وقتی دما را افزایش می دهیم، چگالی بخار افزایش می یابد و در نقطه ای با چگالی مایع برابر می شود. در این مرحله تعداد پیوندهای مولکول ها در توده و سطح برابر است به طوری که هیچ کشش سطحی وجود ندارد. این بدان معناست که منیسک و انتقال فاز وجود ندارد. بنابراین باید یک نقطه بحرانی وجود داشته باشد.
برای یک ماده خالص که می تواند در حالت جامد، مایع و بخار وجود داشته باشد (یعنی چوب در این دسته نیست)، فرض کنیم یک ظرف بسته نصف پر از مایع و نیمی پر از بخار است. با افزایش دما، مایع منبسط می شود و چگالی مایع کاهش می یابد. همچنین با افزایش دما، فشار داخل ظرف در اثر فشار بخار این ماده افزایش می یابد، بنابراین چگالی بخار افزایش می یابد. در یک نقطه، چگالی بخار برابر با چگالی مایع می شود و تنها یک فاز می تواند وجود داشته باشد. این در دمای بحرانی و فشار بحرانی رخ می دهد.
متداول ترین نمونه از یک ماده بالاتر از دمای بحرانی آن هوا است. مهم نیست که چقدر هوا را فشرده کنید، در دمای اتاق متراکم نمی شود. این ممکن است فقط یک ترجیح شخصی باشد، اما من هوا را در دمای اتاق گاز می نامم (در مقابل بخار).hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
smile260 smile016 :?:
تصویر

ارسال پست