Номер 3, страница 259 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 10. Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы. Параграф 46. Взаимные превращения жидкостей и газов. Вопросы - номер 3, страница 259.

Условие.

3. Какие физические величины являются максимальными в критическом состоянии термодинамической системы «жидкость — пар»?

Решение.

В критическом состоянии (или в критической точке) термодинамической системы «жидкость — пар» происходит исчезновение различий в физических свойствах между жидкостью и её насыщенным паром. Это состояние характеризуется определёнными значениями температуры, давления и удельного объёма, называемыми критическими ($T_к$, $P_к$, $V_к$). В этой точке некоторые физические величины достигают своих максимальных значений.

К величинам, которые являются максимальными в критическом состоянии, относятся:

Теплоемкость. Удельная теплоемкость при постоянном давлении $c_p$ и удельная теплоемкость при постоянном объеме $c_v$ в критической точке теоретически обращаются в бесконечность. Это означает, что для изменения температуры системы на бесконечно малую величину требуется подвести бесконечно большое количество теплоты. Система становится чрезвычайно чувствительной к тепловым воздействиям.

Изотермическая сжимаемость. Коэффициент изотермической сжимаемости $\kappa_T$, который характеризует относительное изменение объёма вещества при изменении давления при постоянной температуре ($\kappa_T = -\frac{1}{V}\left(\frac{\partial V}{\partial P}\right)_T$), в критической точке также стремится к бесконечности. Это говорит о том, что в критическом состоянии вещество становится бесконечно сжимаемым. Физически это проявляется в виде огромных флуктуаций (случайных отклонений) плотности, которые вызывают сильное рассеяние света — явление, известное как критическая опалесценция.

Коэффициент теплового расширения. Коэффициент объемного теплового расширения при постоянном давлении $\alpha_P$, определяемый как $\alpha_P = \frac{1}{V}\left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_P$, в критической точке также обращается в бесконечность.

Помимо этих величин, сами критическая температура $T_к$ и критическое давление $P_к$ являются максимальными значениями температуры и давления, при которых жидкая и газообразная фазы вещества могут находиться в равновесии. При температуре выше критической вещество не может быть сконденсировано в жидкость ни при каком давлении.

Ответ: Максимальными (стремящимися к бесконечности) в критическом состоянии системы «жидкость — пар» являются теплоемкость (при постоянном давлении и объеме), изотермическая сжимаемость и коэффициент теплового расширения. Также критическая температура и критическое давление являются максимальными параметрами, определяющими область равновесного сосуществования жидкой и газовой фаз.