Номер 4, страница 244, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

4. Почему газ при температуре выше критической не может быть превращен в жидкость?

4. Почему газ при температуре выше критической не может быть превращен в жидкость?

Процесс превращения газа в жидкость (конденсация) заключается в том, что под действием сил межмолекулярного притяжения молекулы газа сближаются и образуют связанное состояние с меньшим объемом — жидкость. Этот процесс возможен только тогда, когда силы притяжения могут преодолеть кинетическую энергию теплового движения молекул.

Критическая температура ($T_к$) — это такая температура, при которой кинетическая энергия молекул становится настолько большой, что силы межмолекулярного притяжения уже не в состоянии удержать их вместе в жидкой фазе, независимо от того, насколько близко они расположены друг к другу.

Рассмотрим поведение вещества в разных температурных режимах:

• При температуре ниже критической ($T < T_к$): Кинетическая энергия молекул недостаточно велика. Если начать сжимать газ, то при достижении определенного давления (давления насыщенного пара) молекулы сблизятся настолько, что силы притяжения станут доминировать. Газ начнет конденсироваться в жидкость. Существует четкая граница между двумя фазами.

• В критической точке ($T = T_к$): Свойства жидкости и ее насыщенного пара становятся идентичными. Плотность, давление и другие физические характеристики выравниваются. Различие между жидкой и газообразной фазами исчезает, и, как следствие, удельная теплота парообразования становится равной нулю.

• При температуре выше критической ($T > T_к$): Кинетическая энергия молекул принципиально выше энергии их взаимного притяжения. Даже если с помощью очень высокого давления сблизить молекулы на расстояние, характерное для жидкости, их скорость будет слишком велика, чтобы силы притяжения смогли их "захватить" и образовать стабильную жидкую фазу с четкой границей. Вместо фазового перехода происходит лишь непрерывное увеличение плотности газа по мере роста давления. Вещество в таком состоянии называют сверхкритической жидкостью, оно не является ни газом, ни жидкостью в привычном понимании.

Таким образом, выше критической температуры отсутствует сам механизм фазового перехода, так как тепловое движение молекул всегда доминирует над силами их сцепления.

Ответ: При температуре выше критической кинетическая энергия теплового движения молекул газа настолько велика, что она превышает потенциальную энергию их взаимного притяжения при любом давлении. Поэтому, как бы сильно ни сжимали газ, силы притяжения не могут удержать молекулы вместе для образования жидкой фазы.