При критической температуре теплота парообразования любой жидкости равна нулю. Почему?
▶Посмотреть решениеСкрыть решение
Ниже критической температуры сосуществуют две фазы разной плотности. Чтобы перевести килограмм жидкости в пар, нужно:
— преодолеть притяжение молекул (внутренняя теплота);
— совершить работу \(P(v_{\text{пар}}-v_{\text{ж}})\) против внешнего давления.
При приближении к критической точке \(K\) плотности сближаются, \(v_{\text{пар}}-v_{\text{ж}}\to0\), межфазная граница размывается, поверхностное натяжение падает до нуля. Обе части \(r\) стремятся к нулю. В самой точке \(K\) кривая сосуществования обрывается: есть только одна сверхкритическая «флюидная» фаза, и скрытой теплоты перехода больше нет.
Это общее свойство любого вещества, не особенность воды.
Теплота парообразования — энергия, чтобы разорвать жидкость на молекулы, плюс \(P\Delta V\) на расширение. В критической точке жидкость и пар неразличимы: плотность одна, границы нет, поверхностное натяжение нуль. Рвать нечего, \(r\to0\).
У воды \(T_K=374^\circ\mathrm{C}\), и вблизи неё \(r\) падает с 2250 кДж/кг (при \(100^\circ\mathrm{C}\)) до нуля. На графике \(r(T)\) кривая плавно идёт вниз и упирается в ось в точке \(T_K\). Если бы \(r\) оставалась конечной, в критической точке был бы скачок плотности — а его нет по определению.