Темы докладов, страница 148 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

Особенности фазовых переходов переохлаждённых и перегретых жидкостей.

Фазовые переходы, такие как плавление/кристаллизация и кипение/конденсация, в равновесных условиях происходят при строго определённых температурах. Однако при определённых условиях вещество может находиться в метастабильном состоянии, то есть в фазе, которая не является термодинамически наиболее устойчивой при данных температуре и давлении. К таким состояниям относятся переохлаждённые и перегретые жидкости.

Переохлаждённая жидкость — это жидкость, находящаяся в жидком агрегатном состоянии при температуре ниже её нормальной температуры кристаллизации. Это метастабильное состояние, которое может быть достигнуто при медленном и осторожном охлаждении очень чистой жидкости, в которой отсутствуют центры кристаллизации.

Центрами кристаллизации могут служить примеси, частицы пыли, неровности на стенках сосуда или спонтанно образовавшиеся зародыши твёрдой фазы (кристаллики). В их отсутствие для начала процесса кристаллизации системе необходимо преодолеть энергетический барьер, связанный с созданием поверхности раздела фаз между жидким и твёрдым состоянием. Поэтому жидкость может оставаться в жидком состоянии даже после того, как её температура опустится ниже точки замерзания.

Особенность фазового перехода переохлаждённой жидкости заключается в его лавинообразном характере. Как только в такую жидкость вносится центр кристаллизации (например, при встряхивании или добавлении кристаллика того же вещества) или система достигает предельного переохлаждения, начинается быстрая, иногда почти мгновенная, кристаллизация всего объёма. Этот процесс сопровождается выделением скрытой теплоты плавления (кристаллизации), в результате чего температура системы скачком повышается до нормальной температуры плавления и остаётся на этом уровне до полного затвердевания.

Ответ: Особенность фазового перехода переохлаждённой жидкости заключается в её способности находиться в жидком состоянии ниже точки замерзания (метастабильное состояние) и мгновенно кристаллизоваться при появлении центра кристаллизации с выделением тепла и повышением температуры до точки плавления.

Перегретая жидкость — это жидкость, нагретая выше её температуры кипения при данном давлении, но остающаяся в жидком состоянии. Это также метастабильное состояние, которое возникает при нагревании очень чистой жидкости в гладком сосуде, когда отсутствуют центры парообразования.

Центрами парообразования (кипения) обычно служат микроскопические пузырьки газа, адсорбированные на стенках сосуда, или частицы примесей. Для образования нового пузырька пара внутри жидкости необходимо преодолеть силы поверхностного натяжения и внешнее давление. В отсутствие готовых центров кипения жидкость может быть нагрета значительно выше температуры кипения, прежде чем начнётся процесс парообразования.

Фазовый переход перегретой жидкости в пар происходит взрывообразно. При достижении определённой степени перегрева или при появлении центра парообразования (например, при механическом воздействии) происходит бурное, почти мгновенное вскипание по всему объёму. Это явление опасно, так как внезапное образование большого количества пара приводит к резкому увеличению объёма и давления, что может вызвать выброс горячей жидкости из сосуда. В процессе этого бурного кипения температура жидкости быстро падает до нормальной температуры кипения.

Ответ: Особенность фазового перехода перегретой жидкости состоит в её способности оставаться в жидком состоянии при температуре выше точки кипения (метастабильное состояние) и взрывообразно вскипать по всему объёму при появлении центра парообразования, при этом её температура падает до нормальной температуры кипения.