Что такое фазовая диаграмма?
Состояние вещества зависит не только от температуры, но и от давления. Фазовая диаграмма показывает оба влияния на одном графике. Горизонтальная ось — это температура T, вертикальная ось — давление P. Каждая точка диаграммы соответствует определённым условиям.
| Часть диаграммы | Что показывает |
|---|---|
| Три области: твёрдая, жидкая, газовая | При этих условиях вещество находится в одном состоянии |
| Линия на границе | Два состояния существуют одновременно: линии плавления, испарения и сублимации |
| Тройная точка | Три состояния существуют одновременно |
При давлении ниже, чем в тройной точке, вещество не может быть жидким. При таком давлении твёрдое вещество при нагревании сразу становится газом. Это называется сублимацией. Тройная точка воды — около 0.01 °C и 0.6 кПа.
Подвигай точку по диаграмме
Нагревай, сжимай и смотри, в какую часть диаграммы попадает вещество: твёрдую, жидкую или газовую. Этот симулятор входит в полный доступ. Скачивание бесплатно, без регистрации открыты 2 раздела и 5 симуляторов.
Как пользоваться симулятором?
- Выбери вещество в нижнем ряду: Неон, Аргон, Кислород, Вода.
- Нагревай, двигая левый ползунок от значка ❄ к значку 🔥. Точка на диаграмме движется вправо.
- Меняй давление ползунком Насос. Точка движется вверх и вниз.
- На правой панели прочитай состояние вещества, Темп. и Давление.
- В сосуде слева частицы движутся в соответствии с новым состоянием.
Задания для симулятора
- Из начального положения только нагревай. Ответ: точка движется вправо и проходит по очереди твёрдую, жидкую и газовую области.
- Сдвинь ползунок Насос влево и опусти точку чуть ниже маленькой чёрной точки. Теперь нагревай. Ответ: точка проходит ниже тройной точки, и вещество сразу становится газом, не становясь жидким.
- Приведи точку в газовую область справа от жидкой и увеличь давление. Ответ: точка поднимается и попадает в жидкую область. Газ сжижился при сжатии.
- Нагрей до максимума и поставь Насос на максимум. Ответ: вещество остаётся газом. Выше критической температуры газ нельзя сжижить одним только сжатием.
Примеры фазовых диаграмм в жизни
- Кипячение в горах. На высоте давление воздуха ниже, поэтому вода закипает, не дойдя до 100 °C. В Улан-Баторе вода тоже кипит при температуре ниже 100 °C.
- Сухой лёд. Тройная точка CO2 лежит при давлении выше 1 атм. Поэтому при нормальном давлении сухой лёд не плавится, а сразу становится газом.
- Замёрзшая одежда. Зимой одежда, вывешенная на улице, замерзает и высыхает, не оттаивая. Это сублимация льда.
- Газовый баллон. Пропан и бутан при обычных условиях — газы, но в баллоне под высоким давлением они жидкие.
На что обратить внимание при чтении диаграммы в симуляторе
Диаграмма в симуляторе — это одна общая схема для всех веществ.
- При смене вещества диаграмма не меняется, меняются только число на термометре и вид частиц.
- Положение линий не совпадает точно с числами на термометре. Например, при 134 кПа вода при 300 К показана твёрдой, а на самом деле она жидкая. Точные значения смотри в инструкции о температурах плавления и кипения.
- Реальная линия плавления воды наклонена влево: при повышении давления лёд плавится при немного более низкой температуре. В симуляторе линия наклонена вправо, как у большинства веществ.
