ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термодинамика систем, находящихся под воздействием дополнительных переменных из "Термодинамика многокомпонентных систем" В большинстве случаев,. представляющ,их практический интерес, состояние многокомпонентных систем постоянного веса определяется только такими обычными параметрами, как температура, давление и состав. В предыдущих главах были представлены зависимости термодинамических свойств фаз как функции этих переменных. Влияние гравитационных сил и поверхностной энергии контакта между фазами на состояние системы изучалось многими исследователями [1—3]. Гиббс [1] рассмотрел некоторые аспекты этих вопросов и получил общие соотношения, описывающие влияние упомянутых факторов в различных условиях. Подобные же, но более сложные зависимости могут быть установлены для систем с переменными скоростями. [c.219] В настояще главе рассматриваются вопросы поведения систем в гравитационных полях и влияния площади поверхности раздела фаз на термодинамическое равновесие гетерогенных систем. Кроме того, сюда включено краткое обсуждение пересыщенных растворов. [c.219] Из условия равновесия при постоянной температуре величина О для рассматриваемого столба жидкости должна быть постоянной, т. е. сЮШу = 0. [c.221] Это выражение связывает изменение весовой доли компонента с изменением высоты равновесного столба жидкости в гравитационном поле. [c.222] Уравнения (14.23), (14.24) справедливы для тех же условий, что и (14.20). [c.223] В случае неоднородного гравитационного или какого-либо другого внешнего поля (например, центробежного) линейный характер зависимости энергии от координаты не обязателен. [c.223] Это уравнение также подтверждает быстрое увеличение давления в пузырьке с уменьшением его размера. [c.225] Во многих случаях оказывается возможным без появления новой фазы уменьшение давления или увеличение температуры чистого вещества или смеси до давления ниже или температуры выше тех значений, которые соответствуют нормальному гетерогенному равновесию, связанному с поверхностью раздела фаз бесконечного радиуса кривизны. [c.225] В уравнении (14.42) первое равенство является общим, а второе применяется к чистому веществу либо к идеальному раствору. [c.226] Здесь Р давление внутри устойчивого пузырька в пересыщенном растворе. [c.226] Уравнение (14.44) может быть решено для радиуса устойчивого пузырька. [c.226] Связь между различными давлениями, рассматриваемыми в настоящем разделе, иллюстрируется на рис. 14.1 типичной изотермической диаграммой летучесть — давление для чистого вещества. [c.227] Из уравнений (14.49) и (14.40) следует, что для системы, в которой можно пренебречь удельным объемом жидкости, разность давлений Р — Р по величине равна разности Р — Р или Р = Р . Это легко проиллюстрировать на рис. 14.1. В этом случае наклонная линия ВЕ становится горизонтальной и занимает положение ВЕ. Точки А и В заменяют точки А ж В, значения Рс и Р равны. [c.227] Выше были получены выражения для оценки влияния высоты на состав столба бинарной или многокомпонентной смеси в гравитационном поле в изотермических условиях. [c.227] В табл. 14А.1 приведены результаты расчета зависимости состава столба от высоты, полученные на основании данных о парциальных объемах метана и и-бутана в жидкой фазе системы метан — к-бутан при Т = 104,5° С. Нулевая отметка соответствует положению верха столба жидкости, а глубины эквивалентны отрицательным превышениям. [c.228] Кроме того, в табл. 14А.1 приведены весовые доли метана в функции глубины и скорость изменения весовой доли метана с высотой для смеси метана и к-бутана, содержащей 0,100 весовых долей метана при температуре кипения. Приведены давления на различных высотах, начиная с давления насыщения на нулевой отметке. Для всех этих расчетов принималось, что ускорение силы тяжести равно 980,665 см сек . Изменение весовой доли метана по высоте столба жидкости определялось графическим интегрированием уравнения (14А.02) с использованием значений (йп11с1у) ., представленных в табл. 14А.1 (рассчитаны по уравнешш 14А.01). [c.228] На рис. 14А.1 показано изменение весовой доли метана в жидкой фазе системы метан — -бутан по высоте. Очевидно, имеет место значительное уменьшение весовой доли метана с глубиной. В системах же с высотой в несколько метров влиянием гравитационных сил можно пренебречь. [c.228] Изменение весовых долей метана с высотой газового столба показано на рис. 14А.1, построенном по данным табл. 14А.02. [c.231] Определим зависимость предельного размера устойчивого пузырька в чистой воде от давления (меньшего давления насыщения) при температурах 37,8 и 104,5° С. Подобные зависимости представляют интерес для исследования кавитации в гидравлических машинах и в других случаях, когда при уменьшении давления образуются пузырьки. При решении задачи допустим, что между пузырьком и его окружением наблюдается локальное равновесие и что поверхностное натяжение является функцией только температуры и не зависит от радиуса пузырька. Далее примем, что рассматриваемый процесс протекает в изобарно-изотермических условиях. [c.231] Из-за малости пузырьки могут считаться сферическими. Тогда разность между давлением в пузырьке и давлением в окружающей жидкости можно рассчитать по уравнению (14.40). Очевидно, с уменьшением радиуса пузырька давленпе внутри него увеличивается (рис. 14Б.1). На рис. 14Б.1 представлена зависимость разности между давлением в пузырьке и давлением в окружающей его жидкости, называемой избыточным давлением, от радиуса пузырька. Эти данные для воды нри температурах 37,8 и 104,5° С взяты из работы [5]. Очевидно, избыточное давление тем больше, чем меньше размер пузырьков. [c.231] Вернуться к основной статье