ظروف المياه.

يمكن أن يكون الماء في ثلاث حالات تجميع، أو مراحل - صلبة(الثلج)، السائل (الماء نفسه)، الغازي (بخار الماء). من المهم جدًا، نظرًا لنطاقات الضغط الجوي ودرجة الحرارة الموجودة بالفعل على الأرض، أن يكون الماء في حالات مختلفة من التجميع في نفس الوقت. وفي هذا الصدد، يختلف الماء اختلافًا كبيرًا عن المواد الفيزيائية الأخرى، التي توجد في الظروف الطبيعية في الغالب إما في الحالة الصلبة (المعادن والفلزات) أو في الحالة الغازية (O 2، N 2، CO 2، إلخ).

تسمى التغييرات في الحالة الإجمالية للمادة بالتحولات الطورية. وفي هذه الحالات، تتغير خصائص المادة (مثل الكثافة) بشكل مفاجئ. تكون التحولات الطورية مصحوبة بإطلاق أو امتصاص الطاقة، والتي تسمى حرارة انتقال الطور ("الحرارة الكامنة").

يتم التعبير عن اعتماد الحالة الإجمالية للمياه على الضغط ودرجة الحرارة من خلال مخطط حالة الماء، أو مخطط الطور (الشكل 5.1.1).

يسمى منحنى BB"O في الشكل 5.1.1 بمنحنى الانصهار. عند المرور عبر هذا المنحنى من اليسار إلى اليمين، يحدث الانصهار

أرز. 5.1.1. مخطط المياه

الأول - الثامن - تعديلات مختلفة على الجليد

الجليد، ومن اليمين إلى اليسار - تكوين الجليد (تبلور الماء). ويسمى منحنى OK منحنى التبخر. عند المرور بهذا المنحنى، يُلاحظ غليان الماء من اليسار إلى اليمين، ويلاحظ تكثف بخار الماء من اليمين إلى اليسار. يُسمى منحنى AO بمنحنى التسامي، أو منحنى التسامي. عند عبوره من اليسار إلى اليمين، يتبخر الجليد (التسامي)، ومن اليمين إلى اليسار، يحدث التكثيف في الطور الصلب (أو التسامي).

عند النقطة O (ما يسمى بالنقطة الثلاثية، عند ضغط 610 باسكال ودرجة حرارة 0.01 درجة مئوية أو 273.16 كلفن)، يكون الماء في جميع حالات التجميع الثلاث في نفس الوقت.

تسمى درجة الحرارة التي يذوب عندها الجليد (أو يتبلور الماء) بدرجة الحرارة أو نقطة الانصهار T pl. يمكن أيضًا أن تسمى درجة الحرارة هذه درجة الحرارة أو نقطة التجمد T الفرعية.

من سطح الماء، وكذلك الجليد والثلج، يتم تمزيق عدد معين من الجزيئات باستمرار وحملها إلى الهواء، مما يشكل جزيئات بخار الماء. وفي الوقت نفسه، تعود بعض جزيئات بخار الماء إلى سطح الماء والثلج والجليد. فإذا سادت العملية الأولى يحدث تبخر الماء، وإذا حدثت العملية الثانية يتكثف بخار الماء. منظم اتجاه وشدة هذه العمليات هو نقص الرطوبة - الفرق بين مرونة بخار الماء المشبع للمساحة عند ضغط هواء معين ودرجة حرارة سطح الماء (الثلج والجليد)، ومرونة بخار الماء الموجودة فعلا في الهواء، أي. رطوبة الهواء المطلقة. يزداد محتوى بخار الماء المشبع في الهواء ومرونته مع زيادة درجة الحرارة (عند الضغط الطبيعي) على النحو التالي. عند درجة حرارة O°C، يكون محتوى ومرونة بخار الماء المشبع على التوالي 4.856 جم/م3 و6.1078 hPa، عند درجة حرارة 20 درجة مئوية - 30.380 جم/م3 و23.373 hPa، عند 40 درجة مئوية - 51.127 جم/ م 3 و 73.777 هبأ.

يحدث التبخر من سطح الماء (الجليد والثلج)، وكذلك التربة الرطبة، عند أي درجة حرارة، وكلما زادت كثافته، زاد نقص الرطوبة. مع زيادة درجة الحرارة، تزداد مرونة بخار الماء المشبع للمساحة، ويتسارع التبخر. كما تؤدي زيادة التبخر إلى زيادة سرعة حركة الهواء فوق سطح التبخر (أي سرعة الرياح في الظروف الطبيعية)، مما يزيد من شدة الكتلة الرأسية وانتقال الحرارة.

عندما لا يغطي التبخر الشديد السطح الحر للماء فحسب، بل يغطي أيضًا سمكه، حيث يحدث التبخر من السطح الداخلي للفقاعات الناتجة، تبدأ عملية الغليان. تسمى درجة الحرارة التي يساوي فيها ضغط بخار الماء المشبع الضغط الخارجي درجة الحرارة أو نقطة الغليان T bp.

عند الضغط الجوي العادي (1.013105 باسكال = 1.013 بار = 1 ضغط جوي = 760 مم زئبق)، تتوافق نقاط تجمد الماء (ذوبان الجليد) ونقاط الغليان (التكثيف) مع 0 و100 درجة على مقياس مئوية.

وتعتمد نقطة التجمد تزام ونقطة غليان الماء تبيب على الضغط (انظر الشكل 3.9.2.). في نطاق تغيرات الضغط من 610 إلى 1.013105 باسكال (أو 1 ATM)، تنخفض درجة حرارة التجمد قليلاً (من 0.01 إلى 0 درجة مئوية)، ثم عندما يزيد الضغط إلى ما يقرب من 6107 باسكال (600 ضغط جوي) تنخفض درجة حرارة التجمد T إلى -5 درجة مئوية، مع زيادة الضغط إلى 2.2108 باسكال (2200 ضغط جوي)، ينخفض ​​Tdz إلى -22 درجة مئوية. مع زيادة أخرى في الضغط، يبدأ Tdz في الزيادة بسرعة. عند الضغط العالي جدًا، تتشكل "تعديلات" خاصة للجليد (II-VIII)، تختلف في خصائصها عن الجليد العادي(الجليد أنا).

عند الضغط الجوي الحقيقي على الأرض مياه عذبةيتجمد عند درجة حرارة حوالي 0 درجة مئوية. وفي أقصى أعماق المحيط (حوالي 11 كم)، يتجاوز الضغط 108 باسكال، أو 1000 ضغط جوي (زيادة العمق لكل 10 أمتار تزيد الضغط بحوالي 105 باسكال، أو 1 ماكينة الصراف الآلي). عند هذا الضغط، ستكون نقطة تجمد الماء العذب حوالي -12 درجة مئوية.

لتقليل درجة تجمد الماء

تؤثر ملوحته.

1.4). تؤدي زيادة الملوحة لكل 10‰ إلى تقليل T بحوالي 0.54 درجة مئوية:

نائب T = -0.054 S.

تتناقص نقطة الغليان مع انخفاض الضغط (انظر الشكل 3.9.2). لذلك، على ارتفاعات عالية في الجبال، يغلي الماء عند درجة حرارة أقل من 100 درجة مئوية. مع زيادة الضغط، يزيد الغليان T إلى ما يسمى "النقطة الحرجة"، عندما يكون عند p = 2.2 107 Pa وT يغلي = 374 درجة ج- الماء له خواص السائل والغاز في نفس الوقت.

يوضح الرسم البياني لحالة المياه "شذوذين" للمياه، لهما تأثير حاسم ليس فقط على "سلوك" الماء على الأرض، ولكن أيضًا على الظروف الطبيعية للكوكب ككل. بالمقارنة مع المواد التي هي عبارة عن مركبات من الهيدروجين مع عناصر موجودة في نفس صف الأكسجين في الجدول الدوري لمندليف - التيلوريوم Te، والسيلينيوم Se، والكبريت S، فإن نقاط تجمد وغليان الماء مرتفعة بشكل غير عادي. بالنظر إلى العلاقة الطبيعية بين نقطتي التجمد والغليان والعدد الكتلي للمواد المذكورة، فمن المتوقع أن تكون درجة حرارة تجمد الماء حوالي -90 درجة مئوية، ونقطة الغليان حوالي -70 درجة مئوية. ​إن درجات حرارة التجمد والغليان تحدد مسبقًا إمكانية وجود الماء على الكوكب في حالته الصلبة والسائلة وتكون بمثابة الظروف المحددة للعمليات الهيدرولوجية الرئيسية وغيرها من العمليات الطبيعية على الأرض.

كثافة الماء

الكثافة هي أهم خاصية فيزيائية لأي مادة. يمثل كتلة مادة متجانسة لكل وحدة حجم:

حيث m الكتلة، V الحجم. الكثافة p لها البعد كجم / م 3.

تعتمد كثافة الماء، مثل المواد الأخرى، في المقام الأول على درجة الحرارة والضغط (وبالنسبة للمياه الطبيعية، تعتمد أيضًا على محتوى المواد الصلبة العالقة الذائبة والمتناثرة بدقة) وتتغير بشكل مفاجئ أثناء التحولات الطورية. ومع زيادة درجة الحرارة، فإن كثافة الماء، مثل أي مادة أخرى، في معظم نطاق التغيرات في درجات الحرارة تنخفض، وهو ما يرتبط بزيادة المسافة بين الجزيئات مع زيادة درجة الحرارة. يتم انتهاك هذا النمط فقط عندما يذوب الجليد وعندما يتم تسخين الماء في نطاق من 0 إلى 4 درجات (بشكل أكثر دقة 3.98 درجة مئوية). نشير هنا إلى "تشريحين" مهمين للغاية للمياه: 1) كثافة الماء في الحالة الصلبة (الجليد) أقل منها في الحالة السائلة (الماء)، وهذا ليس هو الحال بالنسبة للغالبية العظمى من المواد الأخرى؛ 2) في درجة حرارة الماء من 0 إلى 4 درجات مئوية، لا تقل كثافة الماء مع زيادة درجة الحرارة، بل تزداد. ترتبط سمات التغيرات في كثافة الماء بإعادة هيكلة التركيب الجزيئي للمياه. هذين "الشذوذين" في الماء لهما أهمية هيدرولوجية كبيرة: الجليد أخف من الماء وبالتالي "يطفو" على سطحه؛ عادة لا تتجمد الخزانات إلى القاع، لأن المياه العذبة المبردة إلى درجة حرارة أقل من 4 درجات تصبح أقل كثافة وبالتالي تبقى في الطبقة السطحية.

تعتمد كثافة الجليد على بنيته ودرجة حرارته. قد تكون كثافة الجليد المسامي أقل بكثير مما هو موضح في الجدول 1.1. كثافة الثلج أقل. تبلغ كثافة الثلوج المتساقطة حديثًا 80-140 كجم/م3، وتزداد كثافة الثلج المضغوط تدريجيًا من 140-300 (قبل بدء الذوبان) إلى 240-350 (عند بداية الذوبان) و300-450 كجم/م3 (في نهاية الذوبان). يمكن أن تصل كثافة الثلوج الرطبة الكثيفة إلى 600-700 كجم/م3. تبلغ كثافة رقاقات الثلج أثناء الذوبان 400-600، والثلوج الانهيارية 500-650 كجم / م 3. تعتمد طبقة الماء التي تتشكل عند ذوبان الجليد والثلج على سمك طبقة الجليد أو الثلج وكثافتها. كمية الماء في الجليد أو الثلج تساوي:

ح في = آه ل ص ل / ص

حيث h l هو سمك طبقة الجليد أو الثلج، r l هي كثافتهما، p هي كثافة الماء، وهو مضاعف يتم تحديده بنسبة الأبعاد h in و h l: إذا تم التعبير عن طبقة الماء بالملليمتر، وسمك الجليد (الثلج) بالسنتيمتر إذن a=10 وبنفس البعد a=1.

تتغير كثافة الماء أيضًا اعتمادًا على محتوى المواد الذائبة فيه وتزداد مع زيادة الملوحة (الشكل 1.5). يمكن أن تصل كثافة مياه البحر عند الضغط الطبيعي إلى 1025-1033 كجم/م3.

يتم التعبير عن التأثير المشترك لدرجة الحرارة والملوحة على كثافة الماء عند الضغط الجوي باستخدام ما يسمى بمعادلة حالة مياه البحر. وتكتب هذه المعادلة في أبسط صورها الخطية على النحو التالي:

ع = ص (1 - α 1 T + α 2 S)

حيث T هي درجة حرارة الماء، درجة مئوية، S هي ملوحة الماء، ‰، p o هي كثافة الماء عند T = 0 وS = 0، α 1 و α 2 هي المعلمات.

تؤدي زيادة الملوحة أيضًا إلى انخفاض في درجة الحرارة ذات الكثافة الأكبر (درجة مئوية) وفقًا للصيغة

T max.pl = 4 - 0.215 س.

أرز. 5.2.1. اعتماد كثافة الماء عند الضغط الجوي العادي على درجة حرارة الماء وملوحته.

تؤدي زيادة الملوحة لكل 10‰ إلى تقليل Tmax بحوالي 2 درجة مئوية. ويتضح اعتماد درجة حرارة الكثافة القصوى ودرجة حرارة التجمد على ملوحة الماء من خلال ما يسمى بالرسم البياني Helland-Hansen (انظر الشكل 3.10.1). .

تؤثر العلاقة بين درجات الحرارة الأعلى كثافة والتجمد على طبيعة عملية تبريد الماء والحمل العمودي - الاختلاط الناتج عن اختلافات الكثافة. يؤدي تبريد الماء نتيجة التبادل الحراري مع الهواء إلى زيادة كثافة الماء، وبالتالي إلى خفض كثافة الماء إلى الأسفل. وترتفع مكانها مياه أكثر دفئًا وأقل كثافة. تحدث عملية الحمل الحراري للكثافة العمودية. ومع ذلك، بالنسبة للمياه العذبة والمالحة التي تقل ملوحتها عن 24.7‰، تستمر هذه العملية فقط حتى يصل الماء إلى أعلى درجة حرارة كثافته (انظر الشكل 1.4). يؤدي المزيد من تبريد الماء إلى انخفاض كثافته، ويتوقف الحمل الحراري العمودي. تخضع المياه المالحة عند درجة حرارة S >24.7‰ للحمل الحراري الرأسي حتى تتجمد.

وبالتالي، في المياه العذبة أو قليلة الملوحة في فصل الشتاء، في الآفاق القريبة من القاع، تكون درجة حرارة الماء أعلى مما هي عليه على السطح، ووفقًا للرسم البياني هيلاند هانسن، تكون دائمًا أعلى من درجة حرارة التجمد. هذا الظرف له أهمية كبيرة للحفاظ على الحياة في المسطحات المائية في الأعماق. إذا كان للماء نفس درجة الحرارة ذات الكثافة القصوى والتجمد، مثل جميع السوائل الأخرى، فيمكن أن تتجمد الخزانات إلى القاع، مما يتسبب في الموت الحتمي لمعظم الكائنات الحية.

إن التغير "الشاذ" في كثافة الماء مع تغير درجة الحرارة يستلزم نفس التغير "الشاذ" في حجم الماء: مع زيادة درجة الحرارة من 0 إلى 4 درجات مئوية، يتناقص حجم الماء النقي كيميائيًا، وفقط مع زيادة أخرى في درجة الحرارة تزيد؛ يكون حجم الجليد دائمًا أكبر بشكل ملحوظ من حجم نفس كتلة الماء (تذكر كيف تنفجر الأنابيب عندما يتجمد الماء).

يمكن التعبير عن التغير في حجم الماء عندما تتغير درجة حرارته بالصيغة

V T1 = V T2 (1 + β DT)

حيث V T1 هو حجم الماء عند درجة الحرارة T1، V T2 هو حجم الماء عند T2، β هو معامل التمدد الحجمي الذي يأخذ قيمًا سالبة عند درجات حرارة من 0 إلى 4 درجات مئوية وقيمًا موجبة عند درجات حرارة الماء أعلى من 4 درجات مئوية وأقل من 0 درجة مئوية (الجليد) (انظر الجدول 1.1)،

للضغط أيضًا بعض التأثير على كثافة الماء. إن انضغاطية الماء صغيرة جدًا، ولكنها لا تزال تؤثر على كثافة الماء في أعماق كبيرة في المحيط. لكل 1000 متر من العمق، تزداد الكثافة بسبب تأثير ضغط عمود الماء بمقدار 4.5-4.9 كجم/م3. لذلك، عند أقصى أعماق المحيط (حوالي 11 كم)، ستكون كثافة الماء حوالي 48 كجم/م3 أكبر مما هي عليه على السطح، وعند S = 35‰ ستكون حوالي 1076 كجم/م3. لو كانت المياه غير قابلة للضغط تمامًا، لكان مستوى محيطات العالم أعلى بمقدار 30 مترًا مما هو عليه بالفعل. إن الانضغاطية المنخفضة للمياه تجعل من الممكن تبسيط التحليل الهيدروديناميكي لحركة المياه الطبيعية بشكل كبير.

لم يتم بعد دراسة تأثير الرواسب الناعمة العالقة على الخصائص الفيزيائية للمياه، وعلى وجه الخصوص، على كثافتها. من المعتقد أن كثافة الماء لا يمكن أن تتأثر إلا بالمواد العالقة الدقيقة جدًا بتركيزاتها العالية بشكل استثنائي، عندما لم يعد من الممكن اعتبار الماء والرواسب منفصلين. وبالتالي، فإن بعض أنواع التدفقات الطينية، التي تحتوي على 20-30٪ فقط من الماء، هي في الأساس محلول طيني ذو كثافة متزايدة. مثال آخر على تأثير الرواسب الصغيرة على الكثافة هو مياه النهر الأصفر التي تتدفق إلى خليج البحر الأصفر. مع وجود نسبة عالية جدًا من الرواسب الناعمة (تصل إلى 220 كجم / م 3)، تكون كثافة مياه النهر العكرة 2-2.5 كجم / م 3 أكبر من مياه البحر (كثافتها عند الملوحة الفعلية ودرجة الحرارة حوالي 1018 كجم / م 3). ولذلك، فإنها "تغوص" إلى العمق وتنزل على طول قاع البحر، لتشكل تيارًا "كثيفًا" أو "تعكرًا".

5. التحولات الطورية ومخطط حالة المياه

مخطط الحالة (أو مخطط المرحلة) هو صورة بيانيةالتبعيات بين الكميات التي تميز حالة النظام وتحولات الطور في النظام (الانتقال من الحالة الصلبة إلى السائل، من السائل إلى الغازي، وما إلى ذلك). تستخدم مخططات الطور على نطاق واسع في الكيمياء. بالنسبة للأنظمة ذات المكون الواحد، عادةً ما يتم استخدام مخططات الطور لإظهار الاعتماد تحولات المرحلةفيما يتعلق بدرجة الحرارة والضغط، يطلق عليها مخططات الطور بإحداثيات P---T

ويبين الشكل 5 رسما تخطيطيا لحالة المياه في شكل تخطيطي. أي نقطة في الرسم البياني تتوافق مع قيم معينة لدرجة الحرارة والضغط.

في الحالة السائلة - الماء

من الصعب الجليد

غازية - بخارية

يوضح الرسم البياني حالات الماء المستقرة من الناحية الديناميكية الحرارية عند قيم معينة من درجة الحرارة والضغط. ويتكون من ثلاثة منحنيات تفصل جميع درجات الحرارة والضغوط الممكنة إلى ثلاث مناطق تتوافق مع الجليد والسائل والبخار.

الجليد = البخار (منحنى الزراعة العضوية)

الجليد = السائل (منحنى RH)

السائل = البخار (منحنى OC)

س - نقطة تجمد الماء

بالنسبة للماء، درجة الحرارة الحرجة هي 374 درجة مئوية. عند الضغط الطبيعي، يكون طور الماء السائل والبخار في حالة توازن مع بعضهما البعض عند درجة حرارة 100 درجة مئوية، وذلك لأن وفي هذه الحالة تتم مقارنة ضغط البخار فوق السائل بالضغط الخارجي ويغلي الماء. يحدث تقاطع المنحنيات الثلاثة عند النقطة O - النقطة الثلاثية، حيث تكون المراحل الثلاث في حالة توازن مع بعضها البعض.

دعونا نلقي نظرة على كل من المنحنيات بمزيد من التفصيل. لنبدأ بمنحنى OA الذي يفصل منطقة البخار عن المنطقة السائلة. لنتخيل أسطوانة تمت إزالة الهواء منها، وبعد ذلك يتم إدخال كمية معينة من الماء النظيف فيها، خالية من المواد الذائبة، بما في ذلك الغازات؛ الأسطوانة مجهزة بمكبس مثبت في موضع معين. وبعد فترة يتبخر جزء من الماء ويتواجد بخار مشبع فوق سطحه. يمكنك قياس ضغطه والتأكد من أنه لا يتغير مع مرور الوقت ولا يعتمد على موضع المكبس. إذا قمنا بزيادة درجة حرارة النظام بأكمله وقياس ضغط البخار المشبع مرة أخرى، فسوف يتبين أنه قد زاد. وبتكرار هذه القياسات عند درجات حرارة مختلفة، سنجد اعتماد ضغط بخار الماء المشبع على درجة الحرارة. منحنى OA هو رسم بياني لهذه العلاقة: تظهر نقاط المنحنى تلك الأزواج من قيم درجة الحرارة والضغط التي يتوازن فيها الماء السائل وبخار الماء مع بعضهما البعض - يتعايشان. يُسمى منحنى OA بمنحنى توازن البخار السائل أو منحنى الغليان. ويبين الجدول 5 قيم ضغط بخار الماء المشبع عند عدة درجات حرارة.

الجدول 5 درجة حرارة	ضغط البخار المشبع	درجة حرارة	ضغط البخار المشبع
		ملم زئبق فن.			ملم زئبق فن.

الفيزياء الجزيئية للمياه في حالات التجميع الثلاث

الشكل. 5.2 رسم تخطيطي لحالات المياه المجمعة في منطقة النقطة الثلاثية A. I - الجليد. ثانيا - الماء. ثالثا- بخار الماء.

الماء موجود في الظروف الطبيعيةفي ثلاث حالات: صلبة - على شكل جليد وثلج، سائلة - على شكل ماء نفسه، غازية - على شكل بخار ماء. تسمى حالات الماء هذه بالحالات التجميعية، أو المراحل الصلبة والسائلة والبخارية، على التوالي. يحدث انتقال الماء من مرحلة إلى أخرى بسبب التغيرات في درجة حرارته وضغطه. في التين. يُظهر مخططًا لحالات تجميع المياه اعتمادًا على درجة الحرارة t والضغط P. من الشكل 5.2 من الواضح أنه في المنطقة الأولى يوجد الماء فقط في شكل صلب، في المنطقة II - فقط في شكل سائل، في المنطقة III - فقط على شكل بخار ماء . على طول منحنى التيار المتردد يكون في حالة توازن بين الطور الصلب والسائل (ذوبان الجليد وتبلور الماء)؛ على طول منحنى AB - في حالة التوازن بين المرحلتين السائلة والغازية (تبخر الماء وتكثيف البخار)؛ على طول منحنى AD - في حالة توازن بين المرحلتين الصلبة والغازية (تسامي بخار الماء وتسامي الجليد).

يجب فهم توازن المراحل وفقًا للشكل 5.2 على طول المنحنيات AB وAC وAD على أنه توازن ديناميكي، أي على طول هذه المنحنيات، يكون عدد الجزيئات المتكونة حديثًا من مرحلة واحدة مساويًا تمامًا لعدد الجزيئات المتكونة حديثًا من مرحلة أخرى .

على سبيل المثال، إذا قمنا بتبريد الماء تدريجيًا عند أي ضغط، فسنجد أنفسنا في الحد الأقصى على منحنى التيار المتردد، حيث سيتم ملاحظة الماء عند درجة الحرارة والضغط المقابلة. إذا قمنا بتسخين الجليد تدريجيًا عند ضغوط مختلفة، فسنجد أنفسنا على نفس منحنى التوازن المتناوب، ولكن على جانب الجليد. وبالمثل، سيكون لدينا ماء وبخار ماء، اعتمادًا على الجانب الذي نقترب منه من المنحنى AB.

جميع المنحنيات الثلاثة لحالة التجميع - AC (منحنى الاعتماد على درجة حرارة ذوبان الجليد على الضغط)، AB (منحنى الاعتماد على درجة حرارة غليان الماء على الضغط)، AD (منحنى الاعتماد على ضغط البخار المرحلة الصلبة على درجة الحرارة) - تتقاطع عند نقطة واحدة A تسمى النقطة الثلاثية. بواسطة البحوث الحديثة، قيم ضغط بخار التشبع ودرجة الحرارة عند هذه النقطة متساوية على التوالي: P = 610.6 Pa (أو 6.1 hPa = 4.58 مم زئبق)، t = 0.01 درجة مئوية (أو T = 273.16 TO). بالإضافة إلى النقطة الثلاثية، يمر منحنى AB عبر نقطتين مميزتين أخريين - النقطة المقابلة لغليان الماء عند ضغط الهواء العادي بإحداثيات P = 1.013 10 5 Pa وt = 100 درجة مئوية، والنقطة ذات الإحداثيات P = 2.211 10 7 Pa و t cr = 374.2 درجة مئوية، المقابلة لدرجة الحرارة الحرجة - درجة الحرارة التي يمكن تحتها فقط تحويل بخار الماء إلى حالة سائلة عن طريق الضغط.

يتم وصف المنحنيات AC، AB، AD المتعلقة بعمليات انتقال المادة من مرحلة إلى أخرى بواسطة معادلة Clapeyron-Clausius:

حيث T هي درجة الحرارة المطلقة المقابلة لكل منحنى، على التوالي، لدرجة حرارة التبخر، والذوبان، والتسامي، وما إلى ذلك؛ ل -- حرارة نوعيةعلى التوالي، التبخر، الذوبان، التسامي؛ V 2 - V 1 هو الفرق في أحجام محددة، على التوالي، عند الانتقال من الماء إلى الجليد، من بخار الماء إلى الماء، من بخار الماء إلى الجليد. يمكن العثور على حل مفصل لهذه المعادلة فيما يتعلق بضغط بخار الماء المشبع e 0 فوق سطح الماء - المنحنى AB والجليد - المنحنى AD، في سياق الأرصاد الجوية العامة.

نظام الماء والكيمياء وحالة معدات دائرة التسخين لإمداد الماء الساخن للمرحلة الخامسة من محطة سفيردلوفسك CHPP

مكونات التدفق المباشر للشبكة هي: مياه المكياج والمياه الراجعة (M-6; Gradmash). يوضح الملحق 6 التغير في استهلاك مياه الشبكة المباشرة في محطة سفيردلوفسك CHPP في فترات مختلفة من العام. بطبيعة الحال...

ديناميات شبكة الروابط الهيدروجينية في الماء والجليد غير المتبلور

الشكل 15. نموذج "تحولات الطاقة أثناء التذبذبات" النموذج (شكل 15) يوضح تحولات الطاقة أثناء التذبذبات الاهتزازات التوافقيةالأجسام تحت تأثير القوة شبه المرنة...

الأنظمة غير المثالية

في ظل ظروف معينة، يمكن لمرحلتين مختلفتين من نفس المادة (على سبيل المثال، السائل والغاز) أن تتعايش مع بعضها البعض لفترة طويلة بشكل تعسفي. للقيام بذلك، من الضروري استيفاء الشروط التالية عند حدود المرحلتين: و...

ميزات اختيار مقياس التدفق

إذا انتشرت التذبذبات في اتجاه سرعة التدفق، فإنها تنتقل مسافة L في الزمن حيث a هي سرعة الصوت في وسط معين؛ الخامس - سرعة التدفق ...

ملامح تعدد الأشكال

يمكن للذرات المعدنية، بناءً على الاعتبارات الهندسية، أن تشكل أي شبكة بلورية. ومع ذلك، فإن النوع المستقر، وبالتالي الموجود بالفعل، هو الشبكة التي تحتوي على أقل احتياطي للطاقة الحرة...

تشمل التحولات الفيزيائية والكيميائية عمليات التغيرات في حالة التجميع و الهيكل البلوريالمادة قيد المعالجة...

مستوى المرحلة، مسارات المرحلة. دورة الحد. تمثيل أبسط العمليات على مستوى الطور. Isoclins، نقاط المفرد. بناء منحنيات متكاملة باستخدام الخطوط المتساوية. بناء منحنيات متكاملة باستخدام طريقة الدلتا

مسار الطور هو مسار نقطة في فضاء الطور، ويصور كيف تتغير حالة النظام الديناميكي مع الزمن t. دعونا نفكر في نظام عادي المعادلات التفاضليةالترتيب النوني Y = F(x,Y)...

فيزياء المركبات الجزيئية

تم استخدام التفاعلات من هذا النوع بواسطة Staudinger لإثبات التركيب الجزيئي للبوليمرات الطبيعية ثم الاصطناعية. قام بتحويل خلات البولي فينيل إلى كحول بولي فينيل...

الأساس المادي للتصوير المجسم

يمكن تسجيل الصور المجسمة ليس فقط على لوحات التصوير الفوتوغرافي، ولكن أيضًا على وسائط أخرى. هناك العديد من المواد المختلفة التي تتمتع بالحساسية والدقة اللازمة...

الحساب الكهربائي وأتمتة تركيب السخان الكهربائي

"يمين">جدول 1 طريقة التسخين آلية تحويل الطاقة النطاق ومقاومة تكنولوجيا المعلومات (المباشرة وغير المباشرة) يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية عندما يتدفق التيار عبر المواد الموصلة للتسخين...

يوتيوب الموسوعي

1 / 5

✪ الرسوم البيانية المرحلة

✪ أساسيات الجزيئية | فيزياء مخطط طور الماء | 1

✪ مستوى المرحلة

✪ حالة حرجة للجو.

✪ قانون هنري

ترجمات

جميع التحولات الطورية التي تم النظر فيها كانت متساوية الضغط، وعلى وجه الخصوص، حدثت التحولات الطورية للمياه في مقاطع الفيديو الأخيرة عند ضغط عند مستوى سطح البحر يساوي ضغطًا جويًا واحدًا. في الواقع كل شيء مختلف. في العالم الحقيقيلا يوجد مكان يتم فيه الحفاظ على ضغط ثابت يبلغ 1 جو. 1 الغلاف الجوي هو الضغط عند مستوى سطح البحر على الأرض. يعتمد الضغط على حجم الكوكب، وعلى سمك الغلاف الجوي، وعلى الظروف التي تكون فيها الغازات والسوائل و المواد الصلبة. لذلك، هنا مخطط المرحلة. سأكتبها. " منحنى الطور" هناك عدة أشكال لتسجيل الرسم البياني. وهذا أشهرها، حيث يوضح حالات التجميع والانتقالات بينها عند تغير درجة الحرارة والضغط. هذا رسم تخطيطي للمياه. قيمة الضغط مرسومة على طول المحور الإحداثي، دعوني أوقعها. المحور السيني هو درجة الحرارة، وتتوافق مناطق الرسم البياني مع حالات التجميع المختلفة: الصلبة والسائلة... والسائلة، وأخيراً الغاز. دعونا نرى ما هي حالة التجميع التي تتوافق معها درجة حرارة 0 درجة. إذن درجة الحرارة 0 درجة مئوية والضغط 1 جوي. هذه النقطة تتوافق معهم على الرسم البياني. هذه هي الحدود بين المادة الصلبة والسائلة عند ضغط جوي واحد. الضغط هنا هو 1 جو. وهذا يتوافق مع الحقيقة المعروفة وهي أن الجليد يذوب عند درجة الصفر. ماذا يحدث إذا قمنا بزيادة الضغط؟ سوف يذوب الجليد عند درجة حرارة أقل. لنرفع الضغط، على سبيل المثال، إلى 10 أجواء، وهو 10 مرات أكثر من الضغط عند مستوى سطح البحر. ستنخفض درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة الصلبة إلى سائل. إذا انخفض الضغط، كما هو الحال في دنفر، التي تقع على ارتفاع ميل واحد فوق مستوى سطح البحر، فإن درجة حرارة التجمد سترتفع بحوالي درجة واحدة. هذا ليس المقياس الصحيح تمامًا، لكن النقطة المهمة هي أن الجليد سوف يتجمد بشكل أسرع، أي عند درجة حرارة أعلى في دنفر مقارنة بقاع البحر الميت أو وادي الموت، الواقعين تحت مستوى سطح البحر. المنطقة الواقعة على يمين الخط الأرجواني تتوافق مع الغاز. دعنا نعود إلى الضغط الجوي. هذا رسم تخطيطي للمياه. نحن نعرف كيف يتصرف عند ضغط جوي واحد. سأرسم الخط. عند ضغط جوي واحد ودرجة حرارة 0 درجة، يتحول الجليد الصلب إلى ماء سائل. وبالتحرك على طول هذا الخط ندخل منطقة ذات درجة حرارة عالية. عند هذه النقطة على الرسم البياني تكون درجة الحرارة 100 درجة. عند درجة الحرارة والضغط البالغة 1 جو، يتحول الماء السائل إلى بخار ماء، أي أنه يغلي. هذه هي نقطة غليان الماء. ماذا لو خفضت ضغط الدم؟ دعونا نتوجه إلى دنفر مرة أخرى. هنا دنفر. على الرغم من أن لا، نحن بحاجة إلى شيء أكثر بصرية. سيكون من الأفضل لو كان جبل إيفرست، حيث يكون الضغط منخفضًا. ومع انخفاض الضغط، تزداد درجة التجمد وتنخفض درجة الغليان، لذلك يكون من الأسهل غلي الماء عند قمة جبل إيفرست منه عند سفحه أو في الأراضي المنخفضة لوادي الموت. تخيل السائل. أنه يحتوي على ملايين الجزيئات التي تقع قريبة جدا، ولكن في الوقت نفسه لديها ما يكفي الطاقة الحركيةللتحرك بالنسبة لبعضها البعض. تتحرك الجزيئات - يتدفق السائل. الجزيئات لا تتبخر ولا تقفز لأن الهواء يضغط عليها من الأعلى. لقد تحدثت بالفعل عن الضغط الجوي. يعتمد الضغط الناتج عن جزيئات الغاز على درجة حرارتها، وكذلك على طاقتها الحركية. توجد جزيئات الغاز في الأعلى ولا تسمح لجزيئات السائل بالقفز. تمنعهم من الانفصال عن بعضهم البعض والتحول إلى غاز. كلما زاد الضغط، زادت صعوبة هروب الجزيئات. الآن دعونا ننقل السائل إلى الفراغ، سطح القمر حيث لا يوجد هواء، ويهز قليلا. ولا تزال هذه الجزيئات تنجذب إلى بعضها البعض، ولكن في غياب الضغط الخارجي، تكفي دفعة صغيرة لتتحول إلى غاز. كلما انخفض الضغط، أصبح من الأسهل على السائل، حتى الصلب، أن يتحول إلى غاز. حتى المواد الصلبة تتبخر. وهذا يتطلب ضغطًا منخفضًا جدًا. انظر إلى الجانب الأيسر من الرسم البياني. إنه فراغ عمليا. خذ الجليد إلى سطح القمر، إلى منطقة ذات درجة الحرارة المطلوبة، أنا متأكد من أنها سالب هناك، لكنني لا أتذكر بالضبط كم سيتبخر الجليد ويتحول إلى بخار. في ظروف الفراغ العميق، تحتاج جزيئات المادة فقط إلى أدنى دفعة لتبدأ في التبخر. وهذا يمكن أن يحدث ليس فقط على القمر. لتوضيح الأمر أكثر، خذ بعين الاعتبار مخطط طور ثاني أكسيد الكربون. ها هي، انظر. هذا هو ثاني أكسيد الكربون. نزفرها، فتستهلكها النباتات الخضراء. وتتصرف هذه المادة بشكل مختلف عند ضغط جوي واحد عن الماء. يرجى ملاحظة أنه لا يتم الحفاظ على المقياس هنا. إن المسافات بين 1 و 5 أجواء وبين خمسة و 73 ليست متساوية في الواقع. المقياس هنا غير متناسق أيضًا. إذا كان الأمر مهمًا، فربما سأستخدم مقياسًا لوغاريتميًا. ولكن دعونا نعود إلى ثاني أكسيد الكربون. هنا ثاني أكسيد الكربون الصلب، وهنا الغاز، وهنا مادة سائلة. عند ضغط جوي واحد، أي عند مستوى سطح البحر، على سبيل المثال، كما هو الحال في نيو أورليانز، إذا خلقت درجة حرارة -80 درجة مئوية، فإن ثاني أكسيد الكربون سوف يتجمد. لقد واجهت هذا. لست متأكدا ما إذا كان لا يزال يستخدم في مولدات الدخان، ولكن الجميع سمعوا عن الثلج الجاف. هذا هو ثاني أكسيد الكربون الصلب. عند الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر عند درجة حرارة -78.5 درجة، فإنه يتسامى. التسامي هو الانتقال من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة. سأكتب هذا. لذلك، لا يوجد شيء اسمه ثاني أكسيد الكربون السائل. لم يسبق لي أن رأيت أي شيء مثل هذا. لتكوين سائل ثاني أكسيد الكربون، تحتاج إلى ضغط يبلغ 5 أجواء، أي أعلى بخمس مرات من الضغط عند مستوى سطح البحر. وهذا ممكن على كوكب المشتري أو زحل، حيث يكون الضغط هائلا بسبب الجاذبية وسمك الغلاف الجوي. يتواجد ثاني أكسيد الكربون السائل بشكل طبيعي على الكواكب الغازية العملاقة. وعلى الأرض، يتسامى الجليد الجاف. وهو مرادف للتسامي. من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية، متجاوزة السائل. هناك شيء آخر مثير للاهتمام، وربما لاحظته بالفعل. وتسمى هذه النقطة بالنقطة الثلاثية لأنه عند خمسة أجواء ودرجة حرارة -56 درجة مئوية، يكون ثاني أكسيد الكربون في حالة توازن بين الجليد والسائل والغاز. القليل من كل واحد منهم. يمكنك دفع مادة نحو إحدى الحالات عن طريق تغيير الظروف. وهنا النقطة الثلاثية للمياه. عند ضغط أقل من الضغط الجوي. وهذا يساوي 611 باسكال، أي أقل بحوالي 200 مرة من ضغط جوي واحد. عند هذا الضغط ودرجة الحرارة أعلى بقليل من 0، تقع النقطة الثلاثية للمياه. هنا الماء في حالة توازن بين هذه الحالات الثلاث. هناك نقطة أخرى مثيرة للاهتمام هنا. نقطة حرجة. يبدو الأمر جديًا وهامًا، أليس كذلك؟ إذا قمت برفع درجة الحرارة أو الضغط إلى مستوى أعلى، فستحصل على سائل فوق الحرج. يبدو جيدا. وكل شيء أبعد من ذلك هو مائع فوق حرج. مع ارتفاع درجة الحرارة والضغط. وتحوله درجة الحرارة إلى غاز، لكن الضغط يحوله إلى سائل، فهما الاثنان معًا. يستخدم الماء فوق الحرج كمذيب. وهو يتصرف مثل الماء السائل، ويمكن إذابة المواد فيه، كما يمكنه اختراق المواد الصلبة والتسرب إلى أي مكان لإزالة نوع ما من الملوثات أو إذابة نوع ما من الملح. السوائل فوق الحرجة مثيرة للاهتمام للغاية. وسبب عرضي لك هذه الرسوم البيانية هو أن الضغط يمكن أن يتغير تمامًا مثل درجة حرارة المادة. عند درجة حرارة 100 درجة مئوية أو حتى 110 درجة مئوية عند مستوى سطح البحر، سيكون الماء غازًا. هذه هي علامة 110 درجة، وهذا بخار الماء. لنقم الآن بزيادة الضغط، على سبيل المثال، بالتعمق تحت الأرض أو إلى قاع المحيط، وسيتكثف بخار الماء إلى سائل. إذا انتقلت إلى درجات حرارة أقل، يمكنك أن ترى عكس التسامي. أعتقد أنني كتبت اسمها. أوه لا. لقد رحل. إنه مشابه للتكثيف، لكني نسيت اسمه. هذا هو الانتقال من الحالة الغازية مباشرة إلى الحالة الصلبة، متجاوزا السائل. فائدة هذه المخططات هي أنها تسمح للمرء بالتنبؤ بسلوك المادة مع تغير الضغط ودرجة الحرارة. ترجمات من مجتمع Amara.org

عناصر مخطط المرحلة

نقاط ثلاثية

№	المراحل			ضغط	درجة حرارة		ملحوظة
				MPa	درجة مئوية	ك
1	بخار	ماء	الجليد إيه	611.657 باسكال	0,01	273,16
2	بخار	الجليد ايه	الجليد الحادي عشر	0	−201,0	72,15
3	ماء	الجليد ايه	الجليد  III	209,9	−21,985	251,165
4	الجليد ايه	الجليد II	الجليد الثالث	212,9	−34,7	238,45
5	الجليد الثاني	الجليد الثالث	الجليد  V	344,3	−24,3	248,85
6	الجليد الثاني	الجليد السادس	الجليد   الخامس عشر	~ 800	−143	130	ل D2O
7	ماء	الجليد الثالث	الجليد V	350,1	−16,986	256,164
8	ماء	الجليد  الرابع	الجليد  XII	~ 500-600	~ −6	~ 267
9	الجليد الثاني	الجليد V	الجليد السادس	~ 620	~ −55	~ 218
10	ماء	الجليد V	الجليد السادس	632,4	0.16	273,32
11	الجليد السادس	الجليد الثامن	الجليد الخامس عشر	~ 1500	−143	130	ل D2O
12	الجليد السادس	الجليد السابع	الجليد الثامن	2100	~ 5	~ 278
13	ماء	الجليد السادس	الجليد السابع	2216	81,85	355
14	الجليد السابع	الجليد الثامن	الجليد  X	62 000	−173	100
15	ماء	الجليد السابع	الجليد العاشر	47 000	~ 727	~ 1000

منحنى التسامي الجليد

P = A ⋅ e x p (− B / T) , (\displaystyle P=A\cdot exp(-B/T),) أ = 3.41 ⋅ 10 12 ف أ ; ب = 6130 ك. (\displaystyle A=3.41\cdot 10^(12)~\mathrm (Pa) ;\quad B=6130~\mathrm (K) .)

الخطأ في هذه الصيغة لا يزيد عن 1% في نطاق درجة الحرارة 240-273.16 كلفن ولا يزيد عن 2.5% في نطاق درجة الحرارة 140-240 كلفن.

وبشكل أكثر دقة، يتم وصف منحنى التسامي بالصيغة الموصى بها من قبل IAPWS (إنجليزي)الروسية(إنجليزي) الرابطة الدولية لخصائص الماء والبخار - الرابطة الدولية لدراسة خواص الماء والبخار) :

ln ⁡ P P 0 = T 0 T ∑ i = 1 3 a i (T T 0) b i , (\displaystyle \ln (\frac (P)(P_(0)))=(\frac (T_(0))(T ))\sum _(i=1)^(3)a_(i)\left((T \over T_(0))\right)^(b_(i)),) ف 0 = 611, 657 ف أ ; T0 = ​​273.16 ك؛ أ 1 = − 21, 2144006; ب 1 = 0.003333333؛ أ 2 = 27، 3203819؛ ب 2 = 1، 20666667؛ أ 3 = − 6, 1059813; ب 3 = 1 , 70333333. (\displaystyle (\begin(matrix)~P_(0)=611.657~\mathrm (Pa) ;&T_(0)=273.16~\mathrm (K) ;\\a_(1 )= -21.2144006;&b_(1)=0.003333333;\\a_(2)=27.3203819;&b_(2)=1.20666667;\\a_(3)=-6.1059813;&b_( 3)=1.70333333.\end(matrix))))

منحنى ذوبان الجليد Ih

P P 0 = 1 + ∑ i = 1 3 a i [ 1 − (T T 0) b i ] , (\displaystyle (\frac (P)(P_(0)))=1+\sum _(i=1)^( 3)أ_(ط)\يسار،) ف 0 = 611, 657 ف أ ; T0 = ​​273.16 ك؛ أ 1 = 1195393,37؛ ب 1 = 3، 00؛ أ 2 = 80818، 3159؛ ب 2 = 25، 75؛ أ 3 = 3338، 2686؛ ب 3 = 103، 75؛ (\displaystyle (\begin(matrix)~P_(0)=611.657~\mathrm (Pa) ;&T_(0)=273.16~\mathrm (K) ;\\a_(1)=1~195~393,37 ;&b1=3.00;\\a_(2)=80~818.3159;&b2=25.75;\\a_(3)=3~338.2686;&b3=103.75;\end( مصفوفة)))

منحنى ذوبان الجليد III

منحنى الانصهار الجليد الثالثيبدأ عند نقطة الحد الأدنى لدرجة حرارة تصلب الماء (251.165 كلفن؛ 208.566 ميجا باسكال)، حيث يتحول الجليد العادي إلى التعديل الهيكلي III، وينتهي عند النقطة (256.164 كلفن؛ 350.1 ميجا باسكال)، حيث تمر حدود المرحلتين III وV.

ف P 0 = 1 − 0 , 299948 [ 1 − (T T 0) 60 ] , (\displaystyle (\frac (P)(P_(0)))=1-0.299948\left,) ف 0 = 208.566 م ف أ ; T0 = ​​251.165 ك. (\displaystyle P_(0)=208.566~\mathrm (MPa) ;\quad T_(0)=251.165~\mathrm (K) .)

منحنى ذوبان الجليد V

يبدأ منحنى ذوبان الجليد V عند النقطة (256.164 كلفن؛ 350.1 ميجا باسكال)، عند حدود المرحلتين الثالثة والخامسة، وينتهي عند النقطة (273.31 كلفن؛ 632.4 ميجا باسكال)، حيث تمر حدود المرحلتين الخامسة والسادسة.

ف P 0 = 1 − 1 , 18721 [ 1 − (T T 0) 8 ] , (\displaystyle (\frac (P)(P_(0)))=1-1.18721\left,) ف 0 = 350.1 م ف أ ; T0 = ​​256.164 ك. (\displaystyle P_(0)=350.1~\mathrm (MPa) ;\quad T_(0)=256.164~\mathrm (K) .)

منحنى ذوبان الجليد VI

يبدأ منحنى ذوبان الجليد السادس عند النقطة (273.31 كلفن؛ 632.4 ميجاباسكال)، عند حدود المرحلتين الخامسة والسادسة، وينتهي عند النقطة (355 كلفن؛ 2216 ميجاباسكال)، حيث تمر حدود المرحلتين السادسة والسابعة.

ف P 0 = 1 − 1 , 07476 [ 1 − (T T 0) 4 , 6 ] , (\displaystyle (\frac (P)(P_(0)))=1-1.07476\left,) ف 0 = 632.4 م ف أ ; T0 = ​​273.31 ك. (\displaystyle P_(0)=632.4~\mathrm (MPa) ;\quad T_(0)=273.31~\mathrm (K) .)

منحنى ذوبان الجليد VII

يبدأ منحنى ذوبان الجليد السابع عند النقطة (355 كلفن؛ 2216 ميجا باسكال)، عند حدود المرحلتين السادسة والسابعة، وينتهي عند النقطة (715 كلفن؛ 20.6 جيجا باسكال)، حيث تمر حدود المرحلة السابعة.

ln ⁡ P P 0 = ∑ i = 1 3 a i (1 − (T T 0) b i) , (\displaystyle \ln (\frac (P)(P_(0)))=\sum _(i=1)^( 3)a_(i)\left(1-\left((T \over T_(0))\right)^(b_(i))\right)،) ف 0 = 2216 م ف أ ; T0 = ​​355 ك؛ أ 1 = 1، 73683؛ ب 1 = − 1 ; أ 2 = − 0, 0544606; ب 2 = 5 ; أ 3 = 8, 06106 ⋅ 10 − 8; ب 3 = 22. (\displaystyle (\begin(matrix)~P_(0)=2216~\mathrm (MPa) ;&T_(0)=355~\mathrm (K) ;\\a_(1)=1, 73683;&b_(1)=-1;\\a_(2)=-0.0544606;&b_(2)=5;\\a_(3)=8.06106\cdot 10^(-8);&b_( 3)=22 .\end(مصفوفة)))

منحنى التشبع ببخار الماء

يبدأ منحنى تشبع بخار الماء عند النقطة الثلاثية للماء (273.16 كلفن؛ 611.657 باسكال) وينتهي عند النقطة الحرجة (647.096 كلفن؛ 22.064 ميجاباسكال). ويبين نقطة غليان الماء عند ضغط محدد، أو ما يعادل ضغط بخار الماء المشبع عند درجة حرارة محددة. وعند النقطة الحرجة تصل كثافة بخار الماء إلى كثافة الماء، وبالتالي يختفي الفرق بين حالات التجميع هذه.

β 2 θ 2 + n 1 β 2 θ + n 2 β 2 + n 3 β θ 2 + n 4 β θ + n 5 β + n 6 θ 2 + n 7 θ + n 8 = 0 , (\displaystyle \beta ^(2)\ثيتا ^(2)+n_(1)\بيتا ^(2)\ثيتا +n_(2)\بيتا ^(2)+n_(3)\بيتا \ثيتا ^(2)+n_( 4)\بيتا \ثيتا +n_(5)\بيتا +n_(6)\ثيتا ^(2)+n_(7)\ثيتا +n_(8)=0،) θ = T T 0 + n 9 T T 0 − n 10 ; تي 0 = 1 ك ; (\displaystyle \theta =(T \over T_(0))+(\frac (n_(9))((T \over T_(0))-n_(10)));\quad T_(0)= 1~\mathrm (ك) ;) β = (ف ف 0) 0، 25؛ ف 0 = 1 م ف أ ; (\displaystyle \beta =\left((\frac (P)(P_(0)))\right)^(0.25);\quad P_(0)=1~\mathrm (MPa) ;) ن0 = 1, 0; (\displaystyle n_(0)=1.0;) ن 1 = 1167, 0521452767; (\displaystyle n_(1)=1167.0521452767;) ن 2 = − 724213, 16703206; (\displaystyle n_(2)=-724213,16703206;) ن 3 = − 17, 073846940092; (\displaystyle n_(3)=-17.073846940092;) ن 4 = 12020، 82470247؛ (\displaystyle n_(4)=12020.82470247;) ن 5 = − 3232555, 0322333; (\displaystyle n_(5)=-3232555.0322333;) ن 6 = 14، 91510861353؛ (\displaystyle n_(6)=14.91510861353;) ن 7 = − 4823, 2657361591; (\displaystyle n_(7)=-4823.2657361591;) ن8 = 405113، 40542057؛ (\displaystyle n_(8)=405113,40542057;) ن 9 = − 0, 23855557567849; (\displaystyle n_(9)=-0.23855557567849;) ن 10 = 650، 17534844798. (\displaystyle n_(10)=650,17534844798.)

بالنسبة لقيمة درجة حرارة مطلقة معينة T، يتم حساب القيمة الطبيعية θ والاحتمالات معادلة من الدرجة الثانية

أ = θ 2 + ن 1 θ + ن 2 ; (\displaystyle A=\theta ^(2)+n_(1)\theta +n_(2);) ب = ن 3 θ 2 + ن 4 θ + ن 5 ; (\displaystyle B=n_(3)\theta ^(2)+n_(4)\theta +n_(5);) C = n 6 θ 2 + n 7 θ + n 8 , (\displaystyle C=n_(6)\theta ^(2)+n_(7)\theta +n_(8,)

وبعد ذلك يتم العثور على القيمة β

β = − B − B 2 − 4 A C 2 A (\displaystyle \beta =(\frac (-B-(\sqrt (B^(2)-4AC)))(2A)))

وقيمة الضغط المطلق:

ف = ف 0 β 4 . (\displaystyle P=P_(0)\beta ^(4).)

ضغط بخار الماء المشبع (kPa) عند درجات حرارة مختلفة

درجة مئوية	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	0,6112	0,6571	0,7060	0,7581	0,8135	0,8726	0,9354	1,002	1,073	1,148
10	1,228	1,313	1,403	1,498	1,599	1,706	1,819	1,938	2,065	2,198
20	2,339	2,488	2,645	2,811	2,986	3,170	3,364	3,568	3,783	4,009
30	4,247	4,497	4,759	5,035	5,325	5,629	5,947	6,282	6,632	7,000
40	7,384	7,787	8,209	8,650	9,112	9,594	10,10	10,63	11,18	11,75
50	12,35	12,98	13,63	14,31	15,02	15,76	16,53	17,33	18,17	19,04
60	19,95	20,89	21,87	22,88	23,94	25,04	26,18	27,37	28,60	29,88
70	31,20	32,57	34,00	35,48	37,01	38,60	40,24	41,94	43,70	45,53
80	47,41	49,37	51,39	53,48	55,64	57,87	60,17	62,56	65,02	67,56
90	70,18	72,89	75,68	78,57	81,54	84,61	87,77	91,03	94,39	97,85
100	101,4

أنظر أيضا

روابط

• IAPWS. الموقع الإلكتروني للرابطة الدولية لدراسة خواص المياه.

تمت دراسة حالة الماء على نطاق واسع من درجات الحرارة والضغوط. عند الضغوط العالية، تم إثبات وجود ما لا يقل عن عشرة تعديلات بلورية للجليد. الأكثر دراسة هو الجليد I - وهو التعديل الوحيد للجليد الموجود في الطبيعة.

يؤدي وجود تعديلات مختلفة للمادة - تعدد الأشكال - إلى تعقيد مخططات الحالة.

مخطط مرحلة الماء في الإحداثيات ر - تيرد في الشكل 6. يتكون من 3 حقول المرحلة- مناطق مختلفة ر، ت- القيم التي يوجد عندها الماء على شكل مرحلة معينة - جليد أو ماء سائل أو بخار (مشار إليها في الشكل بالأحرف L و F و P على التوالي). يتم فصل حقول الطور هذه بثلاثة منحنيات حدودية.

المنحنى AB - منحنى التبخر، يعبر عن الاعتماد ضغط بخار الماء السائل من درجة الحرارة(أو على العكس من ذلك، يمثل اعتماد نقطة غليان الماء على الضغط). وبعبارة أخرى، هذا الخط يتوافق مع التوازن على مرحلتين

الماء السائل هو بخار، وعدد درجات الحرية المحسوبة باستخدام قاعدة الطور هي مع= 3 - 2 = 1. يسمى هذا التوازن أحادي المتغير. وهذا يعني أنه للحصول على وصف كامل للنظام يكفي تحديده فقط متغير واحد- إما درجة الحرارة أو الضغط، لأن عند درجة حرارة معينة يوجد ضغط توازن واحد فقط، وعند ضغط معين يوجد درجة حرارة توازن واحدة فقط.

عند الضغوط ودرجات الحرارة المقابلة للنقاط الواقعة تحت الخط AB، يتبخر السائل تمامًا، وهذه المنطقة هي منطقة البخار. لوصف نظام في منطقة معينة أحادية الطور، هناك حاجة إلى متغيرين مستقلين: درجة الحرارة والضغط ( مع = 3 - 1 = 2).

عند الضغوط ودرجات الحرارة المقابلة للنقاط فوق الخط AB، يتكثف البخار تمامًا ويتحول إلى سائل ( مع= 2). الحد الأعلى لمنحنى التبخر AB يقع عند النقطة B، والتي تسمى النقطة الحرجة (للمياه 374.2 درجة مئوية و218.5 درجة مئوية). ماكينة الصراف الآلي.). وفوق درجة الحرارة هذه، يصبح من الصعب التمييز بين مرحلتي السائل والبخار (تختفي واجهة السائل/البخار)، وبالتالي F = 1.

الخط AC - منحنى تسامي الجليد (يُسمى أحيانًا خط التسامي)، يعكس التبعية ضغط بخار الماء فوق الجليد على درجة الحرارة. يتوافق هذا الخط مع الجليد المتوازن أحادي المتغير ↔ البخار ( مع=1). فوق خط التيار المتردد توجد منطقة الجليد، وتحته منطقة البخار.

الخط AD - منحنى الانصهار، يعبر عن الاعتماد درجة حرارة ذوبان الجليد مقابل الضغطويتوافق مع التوازن أحادي المتغير الجليد ↔ الماء السائل. بالنسبة لمعظم المواد، ينحرف الخط AD عن الوضع الرأسي إلى اليمين، ولكن سلوك الماء

الشكل 6. مخطط مرحلة المياه

شاذة: الماء السائل يحتل حجمًا أقل من الجليد. ستؤدي زيادة الضغط إلى تحول في التوازن نحو تكوين السائل، أي. سوف تنخفض نقطة التجمد.

أظهرت الدراسات التي أجراها بريدجمان لأول مرة لتحديد مسار منحنى ذوبان الجليد عند الضغوط العالية أن جميع التعديلات البلورية الموجودة للجليد، باستثناء الأولى، أكثر كثافة من الماء. وبالتالي، فإن الحد الأعلى للخط AD هو النقطة D، حيث يتواجد الجليد I (الجليد العادي) والجليد III والماء السائل في حالة توازن. تقع هذه النقطة عند -22 درجة مئوية و2450 ماكينة الصراف الآلي.

تقع النقطة الثلاثية للمياه (نقطة تعكس توازن ثلاث مراحل - السائل والجليد والبخار) في غياب الهواء عند 0.0100 درجة مئوية ( ت = 273,16ك) و 4.58 ملم زئبق. عدد درجات الحرية مع= 3-3 = 0 وهذا التوازن يسمى ثابتا.

مخطط الطور (أو مخطط الطور) هو تمثيل رسومي للعلاقة بين الكميات التي تميز حالة النظام وتحولات الطور في النظام (الانتقال من الحالة الصلبة إلى السائل، من السائل إلى الغازي، وما إلى ذلك).

بالنسبة للأنظمة ذات المكون الواحد، عادة ما يتم استخدام مخططات الطور، والتي توضح اعتماد تحولات الطور على درجة الحرارة والضغط؛ يطلق عليهم مخططات الطور في إحداثيات P-t.

في التين. يوضح الشكل 10.1 في شكل تخطيطي (دون التقيد الصارم بالمقياس) رسمًا تخطيطيًا لحالة المياه. أي نقطة في الرسم البياني تتوافق مع قيم معينة لدرجة الحرارة والضغط.

أرز. 10.1.رسم تخطيطي لحالة المياه في منطقة الضغط المنخفض

يوضح الرسم البياني حالات الماء المستقرة من الناحية الديناميكية الحرارية عند قيم معينة من درجة الحرارة والضغط. ويتكون من ثلاثة منحنيات تفصل جميع درجات الحرارة والضغوط الممكنة إلى ثلاث مناطق تتوافق مع الجليد والسائل والبخار.

يمثل منحنى OA اعتماد ضغط بخار الماء المشبع على درجة الحرارة: تظهر نقاط المنحنى تلك الأزواج من قيم درجة الحرارة والضغط التي يكون عندها الماء السائل وبخار الماء في حالة توازن مع بعضهما البعض. يسمى منحنى OA بمنحنى توازن البخار السائل أو منحنى الغليان.

منحنى OS - منحنى التوازن الصلب والسائل، أو منحنى الانصهار، -يُظهر أزواج قيم درجة الحرارة والضغط التي يكون عندها الجليد والماء السائل في حالة توازن.

منحنى OB - الحالة الصلبة - منحنى توازن البخار، أو منحنى التسامي.وهو يتوافق مع أزواج قيم درجة الحرارة والضغط التي يكون عندها الجليد وبخار الماء في حالة توازن.

تتقاطع المنحنيات الثلاثة عند النقطة O. وإحداثيات هذه النقطة هي الزوج الوحيد من قيم درجة الحرارة والضغط التي يمكن أن تكون عندها المراحل الثلاث في حالة توازن: الجليد والماء السائل والبخار. تسمى النقطة الثلاثية.

النقطة الثلاثية تتوافق مع ضغط بخار الماء بمقدار 0.610 كيلو باسكال (4.58 ملم زئبق) و درجة الحرارة O، Oع.

يعد مخطط حالة المياه مهمًا عند تطوير الأنظمة التكنولوجية للحصول عليها منتجات الطعام. على سبيل المثال، كما يلي من الرسم التخطيطي، إذا تم تسخين الجليد عند ضغط أقل من 0.610 كيلو باسكال (4.58 ملم زئبق)، فإنه يتحول مباشرة إلى بخار. وهذا هو الأساس لتطوير طرق إنتاج المنتجات الغذائية عن طريق التجفيف بالتجميد.

ومن مميزات الماء التي تميزه عن غيره من المواد أن درجة انصهار الجليد تتناقص مع زيادة الضغط. وينعكس هذا الظرف في الرسم التخطيطي. يرتفع منحنى ذوبان OC في مخطط الماء إلى اليسار، بينما بالنسبة لجميع المواد الأخرى تقريبًا فإنه يرتفع إلى اليمين.

تنعكس التحولات التي تحدث مع الماء عند الضغط الجوي على الرسم البياني بنقاط أو شرائح تقع على الخط الأفقي المقابل لـ 101.3 كيلو باسكال (760 ملم زئبق). وبالتالي، فإن ذوبان الجليد أو تبلور الماء يتوافق مع النقطة D، وغليان الماء - إلى النقطة E، وتسخين أو تبريد الماء - إلى الجزء DE، وما إلى ذلك.