Номер 6, страница 238 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 6. Взаимные превращения жидкостей и газов. Параграф 6.9. Примеры решения задач. Упражнение 5 - номер 6, страница 238.

Условие.

6. Можно ли газ, имеющий температуру ниже критической, перевести непрерывным путём (минуя состояние равновесия между жидкостью и газом) в жидкость той же температуры?

Решение.

Решение

Да, такой переход возможен. Ключевым понятием здесь является критическая температура ($T_{кр}$) — температура, выше которой вещество не может существовать в жидком состоянии, каким бы ни было давление. Соответственно, выше критической точки различие между жидкой и газовой фазами исчезает.

При температуре ниже критической ($T < T_{кр}$), если сжимать газ, поддерживая температуру постоянной (изотермический процесс), то при достижении определенного давления начнется конденсация — процесс перехода газа в жидкость, во время которого в системе одновременно существуют обе фазы. Это и есть состояние равновесия между жидкостью и газом, которое по условию задачи нужно миновать.

Чтобы осуществить непрерывный переход из газа в жидкость при той же начальной и конечной температуре $T < T_{кр}$, необходимо совершить процесс, который "обходит" на фазовой диаграмме область сосуществования фаз. Этот процесс можно разбить на три этапа:

1. Исходный газ при температуре $\text{T}$ нагревают до температуры $T'$, которая выше критической ($T' > T_{кр}$).

2. Затем вещество, находящееся теперь в сверхкритическом состоянии, сжимают при постоянной температуре $T'$. В этом состоянии свойства вещества изменяются непрерывно от газоподобных к жидкоподобным, фазового перехода не происходит.

3. После сжатия до достаточно высокого давления вещество охлаждают до первоначальной температуры $\text{T}$. В результате оно оказывается в жидком состоянии.

Таким образом, начальное (газ) и конечное (жидкость) состояния имеют одну и ту же температуру, но сам переход осуществляется непрерывно, без образования двухфазной системы "жидкость-газ", за счет обхода критической точки.

Ответ: Да, можно. Для этого нужно провести процесс, включающий нагрев газа до температуры выше критической, последующее сжатие и затем охлаждение до первоначальной температуры.