Изменение состояния и энергосбережение

Физика > Изменение состояния и энергосбережение

В период трансформации некоторые свойства среды меняются из-за внешнего состояния.

Задача обучения

• Охарактеризовать поведение среды при трансформации состояний.

Основные пункты

• Фазу или состояние в качестве термина используют при наличии трансформации вещества между жидким, твердым и газообразном состояниях. Иногда сюда также добавляют плазму.
• В момент достижения водою точки кипения дополнительную энергию используют для трансформации состояния и роста потенциальной энергии, а не кинетической.
• В технических свойствах вещества помогают разобраться графики давления и температуры.

Термины

• Плазма – одно из состояний веществ, где оно представлено частично ионизированным газом.
• Межмолекулярный – между молекулами.
• Термодинамический – касается трансформации тепла в другие формы.

Если рассмотрите фазы термодинамической системы (термодинамические фазы) и состояния материи, то заметите, что они обладают однородными физическими свойствами. В момент трансформации меняются и некоторые характеристики среды. Часто это происходит прерывисто из-за влияния температурных показателей или давления. К примеру, воду можно нагреть до точки кипения, что резко меняет ее объем. Перемены во внешнем состоянии, влияющем на трансформацию, именуют фазовым переходом. Его применяют при трансформации между жидкостью, газом и твердым состоянием. Иногда включают и плазму.

Если вы кипятите воду, то она никогда не превысит 100°C. Только после полного испарения она превратится в горячую. Дело в том, что в момент кипения дополнительная энергия применяется для трансформации вещества и роста потенциальной энергии, а не кинетической. Ситуация меняется, если мы сталкиваемся с заморозкой.

Чтобы вскипятить или расплавить один моль вещества, понадобится конкретное количество энергии. Это молярное тепло. Если его добавить при критических температурных показателях, то трансформация произойдет, но температура останется стабильной.

Температура вырастает линейно с повышением к отметке кипения. Но прибавление тепла не повлияет на нее. Теперь тепловая энергия используется для разрыва межмолекулярных связей и трансформации льда в воду. После окончательного плавления льда температура опять вырастает линейно с добавлением тепла. В точке кипения показатели больше не меняются, потому что энергия снова играет роль разрыва. Температура продолжит рост уже в парообразном состоянии.

На графике продемонстрирована температура льда при добавлении тепла

Благодаря графику и температуре можно намного проще разобраться в термических свойствах вещества. Они указывают на регионы, соответствующие различным состояниям. Поэтому их именуют фазовыми диаграммами. Если вы располагаете давлением и температурой, то сможете вычислить фазу воды.

Твердые линии – границы между фазами. Они указывают на показатели температуры и давления, обеспечивающих существование фазы. Температура кипения – 100°C при 1.00 атм. С ростом давления температурная отметка будет подниматься до 374°C при 218 атм. Скороварка приготовит обед быстрее, потому что вода способна существовать в виде жидкости при температуре выше 100°C, избегая полного кипения. Кривая обрывается в критической точке, потому что при более высоких температурных показателях жидкой фазы быть не может при любом давлении. Критический показатель для кислорода достигает -118°C, поэтому его нельзя понижать.

Зеленые линии демонстрируют точку замерзания, а синяя – кипения с изменением давления. Пунктир – аномальное поведение воды. Заметьте, что вода меняет состояние, основываясь на давлении и температуре

---