5.3. Критическая температура

Представим себе, что в цилиндре под поршнем содержится перегретый пар. Пусть температура этого пара будет и состояние его определяется на диаграмме точкой 1 (рис. 5.5).

Будем сжимать этот пар, оставляя температуру его неизменной (для чего теплоту от пара нужно отводить). Такой процесс сжатия может быть графически изображен линией 1-2, которая является изотермой перегретого пара. По мере сжатия давление пара, как это видно на диаграмме, будет повышаться, а сам пар все больше приближаться к состоянию насыщения и, наконец, в точке 2 превратиться в сухой пар. При дальнейшем сжатии он перейдет в область влажного пара и будет становиться все более и более влажным (будет конденсироваться), пока не превратится весь в воду (точка 3). Так как такая конденсация происходит при постоянной температуре, то и давление пара должно также оставаться неизменным, а потому изотерма 2-3 будет являться одновременно и изобарой. Дальнейшее сжатие воды будет происходить по линии 3-4. Повторяя такой же процесс для перегретого пара, имеющего более высокую начальную температуру и определяемого на диаграмме точкой, получим изотерму, отличающуюся от первой более коротким горизонтальным участком.

Рис. 5.5. Изображение в осях vр процессов, протекающих при

постоянных температурах

При еще более высокой начальной температуре получим изотерму, у которой горизонтальный участокбудет еще короче.

Наконец, если провести изотерму для пара, имеющего начальную температуру == 374^оС, то эта изотерма не пересечет кривых МК и NK, а только коснется их в критической точке К. Изотермы с температурами больше 374 ^оС будут проходить выше критической точки, имея над ней некоторый перегиб, который будет тем меньше, чем дальше от нее расположена изотерма и чем, следовательно выше температура перегретого пара. При очень высоких температурах этот перегиб совсем исчезнет и изотерма примет вид, свойственный изотермам газов.

Важно отметить, что поскольку изотермы для температур выше критической не пересекают кривых МК и NK, то, следовательно, они лежат в области перегретых паров. Поэтому, если пар имеет температуру выше критической, то сколько бы его ни сжимать при постоянной температуре, он никогда не перейдет в жидкость. Это положение было впервые установлено Д.И. Менделеевым в 1861 году и может быть сформулирована следующим образом: критической температурой называется такая температура, выше которой пар не может быть переведен при помощи изотермического сжатия в жидкость.

Чем температура перегретого пара выше критической, тем он по своим свойствам больше приближается к идеальным газам. Вообще же перегретый пар можно рассматривать как несовершенный газ, т.е. не вполне подчиняющийся уравнению рv=RT.

Все реальные газы являются парами с очень низкими критическими температурами. В табл. 5.1 приведены значения критических температур и давлений для некоторых газов и водяного пара.

Таблица 5.1

Критические температуры и давления газов и водяного пара