WikiSort.ru - Не сортированное

Перегре́тая (метастаби́льная) жи́дкость — жидкость, нагретая выше температуры кипения. Перегретая жидкость является примером метастабильного состояния, в ряде энергетических и технологических режимов вызывает такие специфические динамические явления, как взрывообразное вскипание за счёт запасённого тепла, неустойчивость поверхности раздела жидкость-пар, формирование фронта фазового перехода.

Существование перегретых (метастабильных) состояний связано с затруднённостью начальной стадии фазового перехода первого рода. Прерывистый характер перехода (${\displaystyle dS\neq 0}$ , ${\displaystyle dv\neq 0}$ ; здесь ${\displaystyle S}$  — удельная энтропия, ${\displaystyle v}$  — удельный объём) исключает возможность превращения одновременно во всей массе вещества вблизи равновесия. Фазовый переход начинается в отдельных «точках» однородной системы, эти точки должны удовлетворять условию ${\displaystyle R>R_{r}}$ (${\displaystyle R}$  — радиус зародыша, ${\displaystyle R_{r}}$  — радиус критического зародыша) — тогда рост новой фазы сопровождается убылью термодинамического потенциала.

Характеристикой потенциального барьера, который нужно преодолеть зародышу для достижения критического размера, есть работа образования критического зародыша:

${\displaystyle W={\frac {1}{2}}V(P_{s}-P)\left(1-{\frac {v_{1}}{v_{2}}}\right),}$

${\displaystyle V={\frac {4}{3}}\pi R_{k}^{3},}$

где

• ${\displaystyle V}$  — объём критического пузырька,
• ${\displaystyle R_{k}}$  — радиус критического пузырька,
• ${\displaystyle P_{s}}$  — давление пара на линии насыщения (при данной ${\displaystyle T}$ ),
• ${\displaystyle P}$  — давление в жидкости,
• ${\displaystyle v_{1}}$  — удельный объём жидкости,
• ${\displaystyle v_{2}}$  — удельный объём пара.

${\displaystyle W}$ также можно записать через равновесные свойства:

${\displaystyle W={\frac {16\pi D^{3}}{3(P_{s}-P)^{2}\left(1-{\dfrac {v_{1}}{v_{2}}}\right)^{2}}},}$

где ${\displaystyle D}$  — коэффициент поверхностного натяжения.

Примеры

Аргон, атмосферное давление:

• Т_{насыщения} = −186 °C
• Т_{достижимого перегрева} = −142 °C.

Как видно, на опыте достигается перегрев в 44 градуса.

Вода позволяет устойчивый перегрев до 200 °C. Нагретая до 300 °C вода может существовать в жидком состоянии при атмосферном давлении на протяжении времени порядка микросекунд.^[1]

Перегретую жидкость можно получить, нагревая воду в СВЧ-печи. Это очень частая причина ожогов, когда вода кажется некипящей, но после легкого толчка вода начинает быстро кипеть.^{[источник не указан 247 дней]}

Эффект перегрева воды ранее широко использовали машинисты паровозов для временного увеличения мощности и силы тяги при преодолении подъёмов. Для этого при приближении к подъему (обычно на предшествующем ему спуске) котел паровоза наполнялся водой до верхнего возможного предела, в топку подавалось максимально возможное количество угля, а давление в котле также повышалось до максимально допустимого рабочего. Вода в котле при этом находилась в перегретом состоянии за счет чего запасала дополнительную энергию. Когда поезд входил на подъем и машинист открывая регулятор увеличивал тягу образование пара начинало происходить как за счет тепла, подводимого от топки, так и за счет ранее запасенного в перегретой воде. В результате паровоз на подъеме кратковременно мог существенно увеличить свою мощность. Однако при неумелых действиях локомотивной бригады был возможен взрыв котла.

См. также

• Переохлаждённая жидкость
• Растянутая жидкость
• Взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости

Примечания

Литература

В. Е. Виноградов. Исследование вскипания перегретых и растянутых жидкостей (неопр.) (Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора физико-математических наук) 43. Институт теплофизики Уральского отделения РАН (2006). Проверено 28 июля 2011. Архивировано 22 августа 2011 года.

Ссылки

• Перегретая жидкость на YouTube. В. И. Гервидс. НИЯУ МИФИ (10.03.2011). — Физические демонстрации.  (Проверено 23 июня 2011)