[拼音]:linjie zhuangtai

[英文]:critical state

物體從均勻狀態開始出現性質有定量差異的兩相時所處的狀態。在以壓強p和溫度T為座標的平面上,相平衡曲線(見相和相變)可能終止於某一點c,這一點叫臨界點,如圖1所示。臨界點的溫度稱為臨界溫度Tc、壓強稱為臨界壓強pc,體積為臨界體積Vc。溫度高於臨界溫度時物體總是均勻的,沒有不同的相。在臨界點處,兩相連續過渡,沒有相變潛熱,兩相之間的差別完全消失。

從氣-液相變的過程可以看到臨界狀態的具體性質。在圖2所示的p-V平面上畫出液體等溫線和氣體等溫線。可以看出,等溫膨脹時

<0,在此區間內,液體的等溫線從a1下降,在a2點穿過液體和氣體的平衡曲線DcE後到a3點終止。a3點處

=0。氣體的等溫線從b1點開始下降, 在b2點穿過液體和氣體的平衡曲線DcE。b1點處也有

=0, 兩條等溫線是斷裂的,不以連續的方式從液體向氣體過渡。 a2a3區間相應於亞穩態的過熱液體,b1b2區間相應於亞穩態的過冷氣體。AcB 是液體等溫線和氣體等溫線的端點描繪的曲線,在這條線上

=0。曲線AcB與曲線DcE在c點相切,c點就是臨界點。c點處同時滿足三個條件

=0

從臨界點的這三個條件可以確定臨界狀態的性質。

1869年,T.安德魯斯用一個下端開口的玻璃管把二氧化碳限制在水銀面上,調節管中水銀量以改變玻璃管上半部的容積。他用這種方法得到如圖3所示形式的第一張等溫線圖,圖中c點為臨界點。這個方法經過一些修改沿用至今。

1869到1950年間隨著資料的不斷積累,出現了各種有關臨界狀態的不同學說。1881年J.D.范德瓦耳斯提出的實際氣體狀態方程,是各種理論中形式比較簡便而且仍能較好地反映客觀實際的近似方程。如果用p、V、T分別與其臨界常數的比值

來表示,可以把范德瓦耳斯方程改寫成如下無量綱的形式

(h+3/ω2)(3ω-1)=8τ。

這方程中不包含任何表徵給定物質的量,所以它是適用於任何符合范德瓦耳斯方程氣體的普遍方程,即各種氣體在相同的h、τ下就有相同的ω,這個結論稱為對應狀態原理。處於對應狀態的各種物質,許多性質(如蒸氣壓,熱膨脹係數、粘滯係數等)都具有簡單的關係,用這個原理可以不用實驗而能相當精確地估計物質的某些性質。

在臨界點附近,物質出現一些異常現象:物質呈乳濁現象,這現象叫作乳光;液體有可壓縮性;定壓比熱容迅速趨向無窮大,而定容比熱容發散較慢。

對臨界狀態的研究,除液-氣兩相以外,還擴充套件到鐵磁體、鐵電體、液體氦和二元合金等領域。近代在實驗和理論方面都取得了很大進展。

參考文章

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