Диаграмма состояния p-V

На основе политермического графика рис.27 может быть построена диаграмма состояния (P-v), (рис.29), содержащая куполообразную границу стабильности двухвахного состояния –бинодаль(геометрическое место концов горизонталей, изображающих двухфазное состояние). На диаграмму состояний может быть также нанесена граница устойчивости однофазного состояния –спинодаль (геометрическое место экстремумов изотерм[P(v)]_T ). На рис.29 изображена прерывистой линией. Следует помнить , что спинодаль не является обычной линией диаграммы состояни ( то есть линией, изображающей либо особое состояние, либо границу фазовой области) и не имеет ни какого отношения к двухфазной области Спинодаль это граница механической устойчивости фазы. Газ принципиально не может быть сжат за границу спинодали, а жидкость не может быть растянута. Однофазное состояние становится механически не устойчиво и обязательно произойдет переход в другое состояние (двух фазное или однофазное, но обязательно другое).

Подводя итоги анализа, можно заключить, что на диаграмме состояний (P-v)однофазное состояние стабильно выше бинодали, метастабильно между бинодалью и спинодалью, лабильно на бинодали и не равновесно ниже.

Обе куполообразные линии – бинодаль и спинодаль – на диаграмме состояния (P-v) Рис.29имеют общую точку максимума приP=P_КриT=T_Кр –критическую точку. В этой точке исчезает различие между двумя фазами жидкой и газообразной. Очевидно, что в критической точке одновременно выполняются условия ^г=^ж , ,(поскольку в критической точке исчезают экстремумы изотермы). Так как в критическую точку выходит точка перегиба, содержащаяся между экстремумами изотермы приT<T_Кр, то в ней выполняется также или

Относительная различимость жидкости и газа

Различимость двух фаз в системе жидкость-газ не имеет абсолютного характера. Жидкая и газообразная фазы безусловно различимы лишь в том случае, когда они существуют, например в стабильной двухфазной системе. Вне двухфазного равновесия различимость фаз относительна, так как они обладают одинаковой макросимметрией. Различие между жидкой и газообразной фазами, даже в тех ситуациях, когда оно отчетливо выступает ( в двухфазном равновесии), является чисто количественным (по величине мольного объема, по степени ориентационного или ближнего порядка). Если известен вид диаграммы (P-v), то однофазные состояния, прилегающие к бинодали справа – как газообраные. Состояния при малыхvможно считать жидкими, а при очень больших – газообраными. Важно следующее: от состояний, которые мы уверенно можем принять за жидкие ( точкаAна рис.30), мы можем перейти к состояниям, столь же уверенно принимаемым за газообразные (точкаB на рис.4), в обход двухфазной области, без фазового превращения, путем постепенного количественного изменения свойств, без качественного скачка. Невозможно установить в какой точке и даже в каком интервале пути I (рис.30) потеряно исходное качество вещества (“быть жидким” и приобретено новое качество “быть газообразным”.) Тем не менее, сопоставляя одновременно состояниеA и B,можно отметить качественное различие между ними. При переходе по путиIколичественные изменения переходят в качественные, но качественно не так как при фазовом переходе (по путиII).

Ситуация эта является ярким примером тому, что даже в классической физике формально логическое мышление не всегда достаточно для понимания существа явления. В быту мы имеем обычно дело либо с одновременно существованием фаз либо с ситуацией когда легко можно различить жидкость и газ. В частности из-за разного коэффициента преломления световых лучей, который определяется плотностью вещества. Однако, при приближении к критической точке плотности жидкости и газа сближаются, а межфазная граница становится все более размытой. Различение фаз становится затруднительным даже при их одновременном существовании. При обычных условиях так ведут себя некоторые эфиры.

Таким образом, выше бинодали простирается однофазная жидко-газообразная текучая область, в которой невозможно установить сколь - нибудь точно границу между жидким и газообразным состоянием. Нет никакой необходимости вводить понятие об особом «критическом» или «за критическом» состояний выше критической точки. Критическое состояние имеет смысл вводить лишь в самой критической точке. Критическое состояние имеет смысл вводить лишь в самой критической точке или ее окрестности.