Критическое состояние
1) предельное состояние равновесия двухфазных систем, в котором обе сосуществующие фазы (См. Фаза) становятся тождественными по своим свойствам; 2) состояние вещества в точках фазовых переходов (См. Фазовый переход) II рода. К. с., являющееся предельным случаем равновесия двухфазных систем, наблюдается в чистых веществах при равновесии жидкость - газ, а в растворах - при фазовых равновесиях (См. Фазовое равновесие) газ - газ, жидкость - жидкость, жидкость - газ, твёрдое тело - твёрдое тело. На диаграммах состояния (См. Диаграмма состояния) К. с. соответствуют предельные точки на кривых равновесия фаз (рис. 1
, а и б) - т. н. критические точки (См. Критическая точка).
Согласно фаз правилу (См. Фаз правило) критическая точка изолирована в случае двухфазного равновесия чистого вещества, а, например, в случае бинарных (двойных) растворов (См. Растворы) критические точки образуют критическую кривую в пространстве термодинамических переменных (параметров состояния). Значения параметров состояния, соответствующие К. с., называются критическими - критическое давление рк
, критическая температура Тк
, критический объём V к
, критический состав хк
и т. д. С приближением к К. с. различия в плотности, составе и др. свойствах сосуществующих фаз, а также теплота фазового перехода и межфазное поверхностное натяжение уменьшаются и в критической точке равны нулю. В том случае, когда кривая сосуществования фаз заканчивается критической точкой, оказывается принципиально возможным перевести вещество из одной фазы в другую, минуя область расслоения на две фазы (например, газ превратить в жидкость, изменяя его состояние по линии AB
на рис.
1
, а, т. е. минуя область, где одновременно существуют газ и жидкость). Сжижение (конденсацию) газов возможно осуществить лишь после их охлаждения до температур, меньших Тк.
В двухкомпонентных системах характерные для К. с. явления наблюдаются не только в критической точке равновесия жидкость - газ, но и в так называемых критических точках растворимости, где взаимная растворимость компонентов становится неограниченной. Существуют двойные жидкие системы как с одной, так и с двумя критическими точками растворимости - верхней и нижней (рис. 2
, а и б). Эти точки являются температурными границами области расслаивания жидких смесей на фазы различного состава. Аналогичной способностью к расслаиванию при определённой критической температуре обладают некоторые растворы газов и Твёрдые растворы .
Переход системы из однофазного состояния в двухфазное вне критической точки и изменение состояния в самой критической точке происходят существенно различным образом. В первом случае при расслоении на две фазы переход начинается с появления (или исчезновения) бесконечно малого количества второй фазы с конечным отличием её свойств от свойств первой фазы, что сопровождается выделением или поглощением теплоты фазового перехода. Поскольку возникновение такой новой фазы приводит к появлению поверхности раздела и поверхностной энергии, для её рождения требуются достаточно большие зародыши. Это означает, что при таком фазовом переходе (фазовом переходе 1 рода) возможны переохлаждение или перегрев первой фазы, обусловленные отсутствием жизнеспособных зародышей новой фазы. Фазовые переходы в критических точках, являющихся предельными на кривых равновесия фаз, представляют собой частные случаи фазовых переходов II рода. В критической точке фазовый переход происходит в масштабах всей системы. Флуктуационно возникающая новая фаза по своим свойствам бесконечно мало отличается от свойств исходной фазы. Поэтому возникновение новой фазы не связано с поверхностной энергией, т. е. исключается перегрев или переохлаждение, и фазовый переход не сопровождается выделением или поглощением теплоты и скачком удельного объёма (фазовый переход II рода). При приближении к К. с. физические свойства вещества резко изменяются: теоретически неограниченно возрастает теплоёмкость и восприимчивость системы к внешним воздействиям (например, изотермическая сжимаемость в случае чистых жидкостей, магнитная восприимчивость у ферромагнетиков и т. д.); наблюдается целый ряд др. особенностей в поведении вещества (см. Критические явления). Эти особенности, характерные для К. с. объектов самой различной природы, объясняются тем, что свойства вещества в К. с. определяются не столько конкретными законами взаимодействия его частиц, сколько резким возрастанием в веществе флуктуаций и радиуса их корреляции. Знание особых свойств веществ в К. с. необходимо во многих областях науки и техники: при создании энергетических установок на сверхкритических параметрах, сверхпроводящих систем, установок для сжижения газов, разделения смесей и т. д. Лит.:
Фишер М., Природа критического состояния, пер. с англ., М., 1968; Браут Р., фазовые переходы, пер. с англ., М., 1967; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Статистическая физика, 2 изд., М., 1964 (Теоретическая физика, т. 5); Кричевский И. Р., Фазовые равновесия в растворах при высоких давлениях, 2 изд., М.- Л., 1952. С. П. Малышенко.
Рис. 1. а - диаграмма состояния чистого вещества в координатах р, Т. Кривые сосуществования обозначены цифрами: 1 - равновесие жидкость - газ, 2 - твёрдое тело; 3 - твёрдое тело - жидкость; К - критическая точка, Т = Т к - критическая изотерма; б - диаграмма в координатах р, V. Цифрами обозначены области сосуществования двух фаз: 1 - жидкость - газ; 2 - твёрдое тело - газ; 3 - твёрдое тело - жидкость. Рис. 2. а - верхняя критическая точка (Кв) жидкой смеси фенол - вода (Tк ≈ 66°С). Заштрихована область, где смесь состоит из двух фаз, имеющих различную концентрацию компонентов; б - двухкомпонентная жидкая система никотин - вода, имеющая как верхнюю критическую точку растворения (Кв с T к = 208°С), так и нижнюю критическую точку (Кн с Тк ≈ 61° С).
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Смотреть что такое "Критическое состояние" в других словарях:
Critical Condition Жанр комедия Режиссёр Майкл Эптед Продюсер Роберт В. Корт Тед Филд Роберт … Википедия
В физике состояние двух равновесно сосуществующих фаз, при достижении которого фазы становятся тождественными по своим свойствам. Критическое состояние характеризуется критическими значениями температуры, давления, удельного объема, развитием… … Большой Энциклопедический словарь
Современная энциклопедия
Предельное состояние равновесия двухфазной системы, в к ром обе сосуществующие фазы становятся тождественными по своим св вам. На диаграммах состояния К. с. соответствуют предельные точки на кривых равновесия фаз т. н. критические точки. Согласно … Физическая энциклопедия
Критическое состояние - (физическое), состояние двух равновесно сосуществующих фаз (например, газа и жидкости), при достижении которого фазы становятся тождественными по своим свойствам. Характеризуется критическими значениями температуры, давления, удельного объема.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ - КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ, особое состояние, характеризуемое тем, что исчезает различие между капельной жидкостью и ее насыщенным паром. Температура, объем и давление, отвечающие этому состоянию, называются также критическими. Если сжимать газ при… … Большая медицинская энциклопедия
В медицине состояние пораженного (больного), для которого характерны тяжелые расстройства жизненно важных систем организма (в первую очередь сердечно сосудистой и дыхательной), требующие экстренного восстановления (частичного или полного… … Словарь черезвычайных ситуаций
критическое состояние - Состояние термодинамической системы, характеризующееся исчезновением различия между фазами, находящимися в равновесии друг с другом: между жидкостью и ее паром, между двумя жидкостями. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 103. Термодинамика.… … Справочник технического переводчика
КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ - предельное состояние вещества, при котором исчезает различие между его жидким и парообразным (газообразным) состоянием (фазой); характеризуется определёнными давлением, температурой и объёмом, называемыми критическими. К. с. может наблюдаться… … Большая политехническая энциклопедия
критическое состояние - 48 критическое состояние: Состояние изделия, которое может привести к тяжелым последствиям: травмированию людей, значительному материальному ущербу или неприемлемым экологическим последствиям. Источник: ГОСТ Р 27.002 2009: Надежность в технике.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
- (физ.), состояние двух равновесно сосуществующих фаз, при достижении которого фазы становятся тождественными по своим свойствам. Критическое состояние характеризуется критическими значениями температуры, давления, удельного объёма, развитием… … Энциклопедический словарь
Книги
- Критическое состояние плода. Диагностические критерии, акушерская тактика, перинатальные исходы , Стрижаков Александр Николаевич , Карданова Мадина Аслановна , Игнатко Ирина Владимировна , Тимохина Елена Владимировна , Книга посвящена наиболее значимым проблемам акушерства и перинатологии - критическому состоянию плода и декомпенсированной плацентарной недостаточности, особенностям этиопатогенеза данных… Категория: Акушерство и гинекология Издатель:
КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА, состояние вещества, возникающее в критической точке и её окрестности, в котором сосуществующие в равновесии фазы по своим физическим свойствам становятся неотличимыми друг от друга. Для критического состояния вещества характерно возникновение критических явлений, а также изменение рода фазового перехода с 1-го на 2-й, сопровождающееся изменением характера кинетики этого перехода. В области состояний вещества вне пределов критического состояния вещества образование более упорядоченной фазы на фоне менее упорядоченной происходит обычно по механизму нуклеации, или зародышеобразования, тогда как в области критического состояния вещества установление ближнего порядка в менее упорядоченной фазе реализуется посредством флуктуационного механизма.
Наиболее простым примером критического состояния вещества является состояние однокомпонентной системы вблизи точки окончания фазовой границы газ - жидкость на диаграмме состояния давление (р) - температура (Г). Критическое состояния вещества имеет место при одновременном выполнении двух условий: р ≥ р кр, Т ≥ Т кр, а при значительном превышении критических значений р кр и Т кр принято говорить о сверхкритическом состоянии вещества. При критическом состоянии вещества полностью отсутствуют физические различия между жидкостью и газом, в том числе становятся равными друг другу характеризующие эти фазы плотности ρ ж и ρ г. Наличие критического состояния вещества позволяет осуществить переход между этими фазами непрерывным образом, избежав обычного для фазового перехода 1-го рода газ - жидкость положительного или отрицательного (в зависимости от направления перехода) скачка плотности Δρ = ρ ж - ρ г, поглощения или выделения (в зависимости от направления перехода) теплоты фазового перехода, а также появления межфазного поверхностного натяжения.
Отсутствие теплоты перехода при использовании критического состояния вещества связано с плавным изменением одной из термодинамических функций состояния - энтропии, характеризующей степень упорядоченности (в данном случае так называемого ближнего порядка) жидкой фазы по сравнению с газообразной. Для фазовой границы жидкость - твёрдое тело на диаграмме (р, Т) критическая точка (и, следовательно, критическое состояние вещества) отсутствует, поскольку характеризующий твёрдое тело так называемый дальний порядок в принципе не может быть непрерывным образом получен из характеризующего жидкость ближнего порядка.
В многокомпонентных системах возникновение критического состояния вещества становится возможным на линиях или поверхностях, соединяющих критические точки отдельных компонентов.
Лит. смотри при ст. Критические явления.
Критическая температура
Critical temperature
Температура, выше которой, газ не может быть превращен в жидкость ни при каком давлении. Выше критической температуры вещество не может находиться в двухфазном состоянии и процессы конденсации и испарения становятся невозможными. Давление, соответствующее критической точке, называется критическим давлением, а объем – критическим объемом.
Применительно к нефтяным газам, состоящим из смеси углеводородов с различными критическими температурами и давлениями, пользуются псевдокритическими давлением и температурой, представляющими собой суммы произведений относительного содержания данного углеводорода в смеси (в долях единицы, если задано объемное содержание, или в молях) и значений критических давлений и температур этих же углеводородов.
Отношение давления (температуры), под которым находится смесь газов, к псевдо-критическому давлению (температуре) называется приведенным псевдокритическим давлением (температурой), зная которые можно найти значения коэффициентов сверхсжимаемости реальных газов.
Краткий электронный справочник по основным нефтегазовым терминам с системой перекрестных ссылок. - М.: Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина . М.А. Мохов, Л.В. Игревский, Е.С. Новик . 2004 .
Смотреть что такое "Критическая температура" в других словарях:
Критическая температура - это предельно допустимая температура электроизоляционных материалов, использованных для изготовления элементов светильников, выше которой происходит их оплавление, воспламенение и т.д. Источник: НПБ 249 97: Светильники. Требования пожарной… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Критическая температура - фазового перехода такая температура, при которой плотность и давление насыщенного пара становится максимальными, а плотность жидкости, находящейся в динамическом равновесии с паром, становится минимальной. Критическая температура смешения… … Википедия
КРИТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА - 1) теып ра в ва в его критическом состоянии. Для индивидуальных в в К. т. определяется как темп pa, при к рой исчезают различия в физ. св вах между жидкостью и паром, находящимися в равновесии. При К. т. плотности насыщенного пара и жидкости… … Физическая энциклопедия
КРИТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА - 1) предельная Температура равновесного сосуществования двух фаз (жидкости и ее пара), выше которой эти фазы неразличимы (см. Критическое состояние).2) Температура, при которой в жидких смесях с ограниченно растворимыми компонентами наступает их… … Большой Энциклопедический словарь
КРИТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА - а) температура вещества в его (см.), определяется как температура равновесного сосуществования двух фаз (жидкости и её пара), выше которой может существовать лишь одна фаза. Сжижение газов возможно только при охлаждении их ниже критической точки; … Большая политехническая энциклопедия
критическая температура - Температура, при которой происходит разрушение сгораемых материалов (плавление, обугливание, выделение дыма, тление и т.д.) [ГОСТ 17677 82] Тематики лампы, светильники, приборы и комплексы световые … Справочник технического переводчика - Critical temperature Критическая температура. Температура, выше которой паровая фаза не может быть сконденсирована в жидкость при увеличении давления. (
Сходство свойств ненасыщенных паров и газов натолкнуло М. Фарадея на предположение: не являются ли газы ненасыщенными парами соответствующих жидкостей? Если предположение верно, то можно попытаться сделать их насыщенными и сконденсировать. Действительно, сжатием удалось сделать насыщенными многие газы, кроме шести, которые М. Фарадей назвал "постоянными": это азот, водород, воздух, гелий, кислород, оксид углерода CO.
Чтобы понять, в чем здесь дело, изучим подробнее изотермический процесс сжатия (расширения) пара. Мы видели, что изотерма реального газа отличается от изотермы идеального газа наличием горизонтального участка, соответствующего области существования двухфазной системы: насыщенного пара и жидкости.
Если проводить опыты при более высоких температурах , то можно обнаружить закономерность, общую для всех веществ (рис. 1).
Во-первых, чем выше температура, тем меньше объем, при котором начинается конденсация газа: 
, если .
Во-вторых, чем выше температура, тем больше объем, занимаемый жидкостью после того, как весь пар конденсируется:
Следовательно, длина прямолинейного участка изотермы с ростом температуры уменьшается.
Это легко объяснить: с ростом Т давление насыщенного пара быстро нарастает, и для того, чтобы давление ненасыщенного пара сравнялось с давлением насыщенного, необходимо уменьшение объема. Причина увеличения объема - в тепловом расширении жидкости при нагревании. Так как объем уменьшается, то плотность паров при увеличении температуры увеличивается; увеличение объема свидетельствует об уменьшении плотности жидкости. Это значит, что различие между жидкостью и ее насыщенным паром в процессе такого нагревания сглаживается и при достаточно высокой температуре должно исчезнуть совсем.
Д. Менделеев установил, что для каждой жидкости должна существовать такая температура, которая экспериментально впервые была установлена для многих веществ Т. Эндрюсом и носит название критической температуры.
Это такая температура, при которой плотность жидкости и плотность ее насыщенного пара становятся одинаковыми (рис. 2).
На изотермах при Т = горизонтальный участок превращается в точку перегиба К.
Давление насыщенного пара какого-либо вещества при его критической температуре называется критическим давлением . Оно является наибольшим возможным давлением насыщенных паров вещества.
Объем, который занимает вещество при и , называется критическим объемом . Это наибольший объем, который может занимать имеющаяся масса вещества в жидком состоянии.
При критической температуре различие между газом и жидкостью исчезает, и поэтому удельная теплота парообразования становится равной нулю.
Совокупность точек, соответствующих краям горизонтального участка изотерм (см. рис. 1), выделяет в плоскости p-V области существования двухфазной системы и отделяет ее от областей однофазных состояний вещества. Пограничная кривая области двухфазных состояний со стороны больших значений объема описывает состояние насыщенного пара и одновременно представляет собой кривую конденсации (начинается конденсация пара при изотермическом сжатии). Пограничная кривая со стороны меньших объемов представляет собой кривую, на которой заканчивается конденсация при сжатии насыщенного пара и начинается испарение жидкости при изотермическом расширении. Ее называют кривой испарения .
Существование критической температуры вещества объясняет, почему при обычных температурах одни вещества могут быть как жидкими, так и газообразными, а другие остаются газами.
Выше критической температуры жидкость не образуется даже при очень высоких давлениях.
Причина заключается в том, что здесь интенсивность теплового движения молекул оказывается настолько большой, что даже при относительно плотной их упаковке, вызванной большим давлением, молекулярные силы не могут обеспечить создание даже ближнего, а тем более дальнего порядка.
Таким образом, видно, что принципиальной разницы между газом и паром нет. Обычно газом называют вещество в газообразном состоянии, когда его температура выше критической. Паром называют также вещество в газообразном состоянии, но когда его температура ниже критической. Пар можно перевести в жидкость одним только увеличением давления, а газ нельзя.
В настоящее время все газы переведены в жидкое состояние при очень низких температурах. Последним в 1908 г. переведен гелий ( = -269 °С).
Сходство свойств ненасыщенных паров и газов натолкнуло М. Фарадея на предположение: не являются ли газы ненасыщенными парами соответствующих жидкостей? Если предположение верно, то можно попытаться сделать их насыщенными и сконденсировать. Действительно, сжатием удалось сделать насыщенными многие газы, кроме шести, которые М. Фарадей назвал "постоянными": это азот, водород, воздух, гелий, кислород, оксид углерода CO .
Чтобы понять, в чем здесь дело, изучим подробнее изотермический процесс сжатия (расширения) пара. Мы видели, что изотерма реального газа отличается от изотермы идеального газа наличием горизонтального участка, соответствующего области существования двухфазной системы: насыщенного пара и жидкости.
Если проводить опыты при более высоких температурах (T 1 < T 2 < T 3 < T k < T 4), то можно обнаружить закономерность, общую для всех веществ (рис. 1).
Во-первых, чем выше температура, тем меньше объем, при котором начинается конденсация газа: V 1 > V’ 1 > V’’ 1 , если T 1 < T 2 < T 3 .
Во-вторых, чем выше температура, тем больше объем, занимаемый жидкостью после того, как весь пар конденсируется:
V 2 < V’ 2 < V’’ 2 .
Следовательно, длина прямолинейного участка изотермы с ростом температуры уменьшается.
Это легко объяснить: с ростом Τ давление насыщенного пара быстро нарастает, и для того, чтобы давление ненасыщенного пара сравнялось с давлением насыщенного, необходимо уменьшение объема. Причина увеличения объема V 2 - в тепловом расширении жидкости при нагревании. Так как объем V 1 уменьшается, то плотность паров при увеличении температуры увеличивается; увеличение объема V 2 свидетельствует об уменьшении плотности жидкости. Это значит, что различие между жидкостью и ее насыщенным паром в процессе такого нагревания сглаживается и при достаточно высокой температуре должно исчезнуть совсем.
Д. Менделеев установил, что для каждой жидкости должна существовать такая температура, которая экспериментально впервые была установлена для многих веществ Т. Эндрюсом и носит название критической температуры.
Критическая температура T кр - это такая температура, при которой плотность жидкости и плотность ее насыщенного пара становятся одинаковыми (рис. 2).
На изотермах при Т = T кр горизонтальный участок превращается в точку перегиба К .
Давление насыщенного пара какого-либо вещества при его критической температуре называется критическим давлением p кр. Оно является наибольшим возможным давлением насыщенных паров вещества.
Объем, который занимает вещество при p кр и t кр, называется критическим объемо м V кр. Это наибольший объем, который может занимать имеющаяся масса вещества в жидком состоянии.
При критической температуре различие между газом и жидкостью исчезает, и поэтому удельная теплота парообразования становится равной нулю.
Совокупность точек, соответствующих краям горизонтального участка изотерм (см. рис. 1), выделяет в плоскости p-V области существования двухфазной системы и отделяет ее от областей однофазных состояний вещества. Пограничная кривая области двухфазных состояний со стороны больших значений объема описывает состояние насыщенного пара и одновременно представляет собой кривую конденсации (начинается конденсация пара при изотермическом сжатии). Пограничная кривая со стороны меньших объемов представляет собой кривую, на которой заканчивается конденсация при сжатии насыщенного пара и начинается испарение жидкости при изотермическом расширении. Ее называют кривой испарения .
Существование критической температуры вещества объясняет, почему при обычных температурах одни вещества могут быть как жидкими, так и газообразными, а другие остаются газами.
Выше критической температуры жидкость не образуется даже при очень высоких давлениях.
Причина заключается в том, что здесь интенсивность теплового движения молекул оказывается настолько большой, что даже при относительно плотной их упаковке, вызванной большим давлением, молекулярные силы не могут обеспечить создание даже ближнего, а тем более дальнего порядка.
Таким образом, видно, что принципиальной разницы между газом и паром нет. Обычно газом называют вещество в газообразном состоянии, когда его температура выше критической. Паром называют также вещество в газообразном состоянии, но когда его температура ниже критической. Пар можно перевести в жидкость одним только увеличением давления, а газ нельзя.
В настоящее время все газы переведены в жидкое состояние при очень низких температурах. Последним в 1908 г. переведен гелий (t кр = -269 °С).