Диаграмма состояния с тройной точкой.

Пусть число фаз химически однородного вещества, находящихся в равновесии друг с другом, равно трем. Примером может служить си­стема, состоящая из твердой фазы, жидкости и ее пара. То есть выпол­няются условия:

Первое уравнение системы изображает на плоскости кривую равнове­сия между газом и жидкостью, т.е. кривую испарения 12 (рис. 1). Второе изображает кривую равновесия твердой и жидкой фаз, т.е. кривую плавления 23. Третье уравнение соответствует кривой возгонки 31, т.е. кривой равновесия между твердой и газообразной фазами. Эти три кривые пересекаются в точке А, называемой тройной точкой. Таким образом, три фазы могут находиться в равновесии друг с другом лишь в тройной точке, т.е. при вполне определенных значениях температуры и давления.

Рис. 1. Диаграмма состояния вещества с тройной точкой.

Плоскость РТ с указанными тремя кривыми равновесия называют диаграммой состояния. Точка К на кривой испарения называется кри­тической точкой. Выше этой точки двух фаз нет. Благодаря этому воз­можен непрерывный переход вещества из жидкого состояния в газооб­разное, т.е. такой переход не сопровождается фазовыми превращения­ми. Диаграмма состояния позволяет судить, какие будут происходить фазовые превращения при том или ином процессе. Например, произво­дится нагревание при Р = cоnst. Если прямая, соответствующая этому процессу, проходит выше тройной, но ниже критической точки, то при нагревании твердое тело сначала расплавится (точка В), а затем жид­кость испарится (точка С).

 

 

Методика выполнения работы и описание установки.

3.1. Физические принципы работы термопары. Эффект Зеебека.

В проводящей цепи, составленной из двух металлов, при наличии между двумя контактами этих металлов разности температур возникает разность потенциалов (ЭДС). Вольтметр, включенный в такую цепь (рис. 2), покажет эту разность потенциалов, если его клеммы имеют одинаковую температуру.

Опр. Явление возникновения ЭДС, обусловленной разностью темпера­тур между контактами двух металлов, называется эффектом Зеебека, а сама эта ЭДС - термоэлектродвижущей силой, или термо-ЭДС (Е).

Термо-ЭДС обладает следующими свойствами:

1) Величина термо-ЭДС зависит лишь от рода металлов 1,2 и разности температур . Она не зависит от формы и размеров про­водников и от геометрии контактов.

2) При замене знака на противоположный термо-ЭДС также ме­няет свой знак.

Если в цепи, изображенной на рис. 2, контакты А и В представ­ляют собой прочные и термостойкие спаи, то цепь называется диффе­ренциальной термопарой. На использовании термопары основан один из наиболее точных и быстрых способов измерения температур.

Рис. 2. Схема дифференциальной термопары.

Методика выполнения работы.

Практическое выполнение работы включает два этапа:

- градуировка термопары с использованием ртутного термометра, имеющая целью каждому значению термо-ЭДС сопоставить соответ­ствующую температуру; построение градуировочного графика;

- определение с помощью термопары фазового перехода исследуемого вещества путем нахождения температуры плавления и кристаллизации, построение графиков изменения температуры вещества (по значению термо-ЭДС) как функции времени при его нагревании и охлаждении.

Схема рабочей установки представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема рабочей установки: 1 - сосуд (пробирка) с исследуемым веществом; 2 - сосуд (пробирка) с водой для градуировки термопары; 3 - термометр ртутный; 4 - термопара; 5 - термостат (стакан); 6 - термостат охлаждающий (стакан); 7 - милливольтметр; 8 - нагреватель (электрическая плитка).

 

В термостат 5, заполненный водой, помещаются ртутный термо­метр 3 с ценой деления 1°С, а также пробирки с водой 2 и исследуе­мым веществом 1. В качестве нагревателя используется электрическая плитка 8. Температура воды и исследуемого вещества в пробирках определяется с помощью горячего спая термопары 4. Возникающая в термопаре ЭДС является функцией разности температур Т – Т₀

,

где μ - термический коэффициент электродвижущей силы термопары.

Для фиксации ЭДС и определения температуры плавления и кри­сталлизации вещества используется вольтметр 7, работающий в режиме милливольтметра (mV). Холодный спай термопары "медь - константан" находится в охлаждающем термостате 6, заполненном водой со льдом или снегом.

 

Порядок выполнения работы.

4.1. Градуировка термопары.

1. Термопару 4 поместить в пробирку 2 с водой комнатной температуры и включить нагреватель 8.

2. По контрольному ртутному термометру 3 через каждые до температуры воды записывать показания милливольтметра 7.

3. Отключить нагреватель. По мере охлаждения воды (примерно до 50⁰С) по термометру проверить показания милливольтметра.

4. Результаты пп. 2, 3 занести в таблицу 1 и по ним построить гра­фик в координатах «температура Т - значение термо-ЭДС Е» (зависимость Е(Т)).