Номер 3, страница 217 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 6. Взаимные превращения жидкостей и газов. Параграф 6.4. Критическая температура. Критическое состояние - номер 3, страница 217.

Условие.

3. Какова основная идея экспериментов по изучению критического состояния?

Решение.

Основная идея экспериментов по изучению критического состояния вещества заключается в том, чтобы пронаблюдать, как при определенных условиях исчезает физическая разница между жидкостью и ее паром.

Эксперимент обычно проводят следующим образом. Некоторое количество легкокипящей жидкости (например, диэтилового эфира) помещают в толстостенную стеклянную или кварцевую запаянную ампулу. Количество вещества рассчитывается так, чтобы его средняя плотность по всему объему ампулы была равна критической плотности $ρ_{кр}$ для данного вещества. При комнатной температуре (которая ниже критической, $T < T_{кр}$) в ампуле сосуществуют две фазы: жидкость внизу и ее насыщенный пар вверху. Между ними хорошо видна четкая граница раздела — мениск.

Далее ампулу начинают медленно и равномерно нагревать. По мере роста температуры происходят следующие процессы:

1. Давление насыщенного пара в ампуле растет.

2. Жидкость расширяется, ее плотность уменьшается.

3. Часть жидкости испаряется, поэтому масса и плотность пара увеличиваются.

Таким образом, плотности жидкости и пара сближаются. Внешне это проявляется в том, что мениск становится все более плоским и расплывчатым, так как поверхностное натяжение жидкости на границе с паром падает.

При достижении определенной для каждого вещества температуры, называемой критической ($T_{кр}$), плотности жидкости и пара становятся одинаковыми. В этот момент граница раздела между ними полностью исчезает. Вещество переходит в особое, критическое состояние, заполняя весь объем однородной средой. Непосредственно в момент перехода часто наблюдается явление критической опалесценции — вещество сильно мутнеет и рассеивает свет из-за возникновения в нем крупных флуктуаций (случайных отклонений) плотности.

Если продолжить нагревание выше критической температуры ($T > T_{кр}$), вещество переходит в состояние сверхкритической жидкости, и его уже невозможно сконденсировать (превратить в жидкость) никаким повышением давления.

Следовательно, основная идея — это создать условия (критическая плотность) и провести процесс (нагревание в замкнутом объеме), при которых можно визуально зафиксировать момент исчезновения границы между жидкостью и газом и тем самым определить параметры критической точки (критическую температуру и критическое давление).

Ответ: Основная идея заключается в наблюдении за процессом сближения свойств (в первую очередь плотности) и последующего исчезновения границы раздела между жидкой и газообразной фазами вещества при его нагревании в замкнутом сосуде, когда средняя плотность вещества равна критической.