Ylikyllästetty höyry

Ylikyllästetty höyry  - höyry , jonka paine ylittää kylläisen höyryn paineen tietyssä lämpötilassa [1] . Se voidaan saada lisäämällä höyrynpainetta tilavuudessa, jossa ei ole kondensaatiokeskuksia (pölyhiukkasia, ioneja , pieniä nestepisaroita jne.). Toinen tapa saada on kylläisen höyryn jäähdyttäminen samoissa olosuhteissa. Jälkimmäisen kylläisen höyryn saamiseksi käytetyn menetelmän yhteydessä käytetään myös nimeä alijäähdytetty höyry [2] [3] [4] . Lisäksi kirjallisuudessa esiintyy joskus termiä ylikyllästetty höyry.

Ylikyllästyneen höyryn tila on metastabiili , eli sellainen höyryn tila voi olla olemassa pitkään, mutta se on termodynaamisesti epästabiili [5] . Joten kun kondensaatiokeskuksia ilmaantuu, osa höyrystä tiivistyy, jäljellä olevan höyryn paine laskee ja se siirtyy stabiiliin kylläisen höyryn tilaan kondensoituneen nesteen päällä. Neste- ja kaasufaasin välille muodostuu dynaaminen tasapaino.

Myös termodynaamisesti epästabiilit, metastabiilit tilat ovat tulistettuja ja alijäähdytettyjä nesteitä, jotka ovat epästabiileja lumivyörykiteytykselle tasapainoliukoisuuden tai sulamislämpötilan alapuolella olevassa lämpötilassa, nämä ovat ylikyllästettyjä liuoksia, alijäähdytettyjä sulatteita. Tulistettu neste kiehuu, kun höyrystymiskeskukset muodostuvat.

Metastabiileja tiloja ei havaita vain faasisiirtymien kaasu-neste, nestekide, vaan myös muiden aineen tilan faasimuutosten, esimerkiksi kiderakenteen muutoksen, aikana. Joten timantin muodossa oleva allotrooppisen muunnelman muodossa oleva hiili on termodynaamisesti epävakaa normaaleissa olosuhteissa ja on metastabiilissa tilassa, muuttuen vähitellen grafiitiksi  - näissä olosuhteissa stabiiliksi faasiksi. Toinen esimerkki on valkoisen tinan muuttuminen harmaaksi tinaksi matalissa lämpötiloissa.

Metastabiileja tiloja kiteisten kiinteiden aineiden sulamisen aikana ei tunneta.

Sovellus

Höyryä voidaan jäähdyttää ja ylikyllästettyä höyryä voidaan saada paisuttamalla nopeasti ylikyllästettyä höyryä [6] prosessissa, joka on lähellä adiabaattista . Nopealla laajenemalla merkittävällä lämmönvaihdolla ympäristön kanssa ei ole aikaa tapahtua, joten tällaisessa prosessissa höyry jäähdytetään. Tätä menetelmää ylikyllästetyn höyryn saamiseksi käytetään pilvikammiossa  - laitteessa, joka on suunniteltu visualisoimaan varautuneiden hiukkasten liikeradat [4] .

Nopeasti varautunut hiukkanen [7] , joka on lentänyt ylikyllästetyllä höyryllä täytettyyn kammioon törmäyksessä kaasumolekyylien kanssa, aiheuttaa niiden ionisoitumisen. Syntyvät ionit toimivat kondensaatiokeskuksina (ytiminä), ja kammiossa oleva ylikyllästynyt höyry alkaa kondensoitua niiden päälle. Vähitellen kondensaation seurauksena nestepisaroiden koko kasvaa saavuttaen valon aallonpituuteen verrattavia kokoja ja alkaa sirotella näkyvää valoa melko hyvin. Nämä pisarat sijaitsevat ketjussa (radassa) hiukkasradalla, mikä tekee niistä selvästi näkyvissä ja havainnointia ja valokuvaamista varten [8] . Kun hiukkasjäljet ​​on rekisteröity pilvikammioon, se on aktivoitava uudelleen, eli siihen on luotava uudelleen ylikyllästynyttä höyryä. Tämä saavutetaan lisäämällä kammion painetta, esimerkiksi siirtämällä mäntä puristusasentoon. Adiabaattisen puristuksen aikana, johon liittyy kaasun kuumeneminen, ylikyllästynyt tai kyllästynyt höyry muuttuu tulistettuksi höyryksi , kun taas kaasuun suspendoituneet pienet nestepisarat haihtuvat nopeasti. Kaasun myöhempi adiabaattinen laajeneminen kammiossa valmistelee sitä uusien hiukkasraitojen uudelleenrekisteröintiin.

Toista menetelmää ylikyllästetyn höyryn saamiseksi käytetään diffuusiokammioissa, jotka on suunniteltu samaan tarkoitukseen kuin pilvikammio. Näissä kammioissa tapahtuu höyryn ylikyllästystä johtuen höyryvirran jatkuvasta liikkeestä suhteellisen kuumasta kammion kannesta alapinnalle, jota pidetään alennetussa lämpötilassa. Kannen ja pohjan väliseen tilaan muodostuu ylikyllästetyllä höyryllä täytetty alue. Kannen lähellä - tulistettu höyry, lähellä pohjaa - kyllästetty höyry. Toisin kuin pilvikammiossa, diffuusiokammiossa on jatkuvasti ylikyllästynyttä höyryä, joten sitä voidaan käyttää jatkuvasti varautuneiden hiukkasten jälkien tarkkailuun [9] .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Ylikyllästetty höyry // Fyysinen tietosanakirja / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M .: Neuvostoliiton tietosanakirja , 1984. - S.  529 . — 944 s.
  2. ↑ Lyubitov Yu. N. Saturated steam // Physical Encyclopedia / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M .: Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3. - S. 248. - 672 s. - 48 000 kappaletta.  — ISBN 5-85270-019-3 .
  3. ↑ Sivukhin D.V. Fysiikan yleinen kurssi. - M . : Fizmatlit , 2005. - T. II. Termodynamiikka ja molekyylifysiikka. - S. 384. - 544 s. - ISBN 5-9221-0601-5 .
  4. ↑ 1 2 Saveljev I. V. . Yleisen fysiikan kurssi. - M . : "Nauka", 1970. - T. I. Mekaniikka. Molekyylifysiikka. - S. 414-415.
  5. ↑ Metastable tila // Physical Encyclopedia / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M .: Suuri venäläinen tietosanakirja , 1992. - T. 3. - S. 121-122. — 672 s. - 48 000 kappaletta.  — ISBN 5-85270-019-3 .
  6. ↑ Kyllästynyt tai jopa ylikuumentunut.
  7. ↑ Hiukkasen kineettisen energian tulee olla monta kertaa suurempi kuin kammiossa olevien kaasumolekyylien ionisaatioenergia .
  8. ↑ Pilvikammio Arkistoitu 2. heinäkuuta 2013 Wayback Machinessa Atomic Encyclopediassa
  9. ↑ Diffuusiokammio // Suuri Neuvostoliiton Encyclopedia  : [30 osana]  / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.

Linkit