ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Поверхностное натяжение зародышевых пузырьКинетика зародышеобразования при конденсации из "Метастабильная жидкость " Если данные опытов для капелек гексана пересчитать на объем 0,03 см , то они хорошо сшиваются с данными по перегреву в пузырьковой камере (см. рис. 60). Через экспериментальные точки можно провести прямую линию. Ее наклон очень близок к теоретическому. Соответствие результатов опытов с капельками в серной кислоте и на стеклянной камере свидетельствует о чистых условиях проведения этих экспериментов. [c.137] Как уже отмечалось, расхождение экспериментальных значений Т с расчетными обычно не превышает 1 2°. Это лежит в пределах погрешности, с которой можно произвести сравнение опыта и теории. [c.142] Такое совпадение кажется удивительным, если принять во внимание приближенный характер теории. Согласие с опытом еш е не означает правильности всех исходных посылок теории гомогенного зародышеобразования. Но более строгая теория должна объяснить, почему проходит принятое теперь приближение. Пока можно высказать следуюш,ие соображения по поводу суш,ествуюш,ей теории. [c.142] Когда С = 100, то 10 сек (1 год 3-10 сек). Для С = 40 находим 10 сек, или 10 см -сек . [c.144] СТИ метастабильной жидкой фазы относительно спонтанного возникновения в ней зародышей пара. Между тем оба случая соответствуют сравнительно близким термодинамическим состояниям при высоком перегреве жидкости. Для эфира при атмосферном давлении имеем Г (С схэ) = = Гз = 34,5 °С Г (С = 100) = 140° С и Г (С = 40) = = 148 °С. [c.145] Весьма значительные расхождения наблюдаемых перегревов с теорией обнарун иваются для воды. При атмосферном давлении и эффективной частоте зародышеобразования 10 см -сек (метод импульсного нагрева) опыт дает Т = 302 °С вместо ожидаемых по теории 312,5 °С. Казалось бы, это расхождение можно приписать плохому смачиванию водой платины. Но, во-первых, в стеклянных и кварцевых капиллярах тоже не удается перегреть воду выше чем до 270 °С, Во-вторых, для согласования теории с опытом нужно принять краевой угол 0 ьг 100°. Настолько плохое смачивание не наблюдается для металлических поверхностей. Возможно, что по каким-то причинам сама теория не применима к воде при давлениях р 0,5 5 . Метиловый и этиловый спирты также обнаруживают недостаточно хорошее согласие экспериментальных и теоретических значений Г (см. табл. 26). [c.146] Величина Gt определяет согласно (5.5) или (5.3) крутизну температурной зависимости 1п или 1н т. Предсказания теории гомогенной нуклеации близки к тому, что наблюдается на опыте как при низких (10 см -сеп ), так и нри высоких (10 см сек ) частотах зародышеобразования. Готовые центры и ослабленные места в системе имеют обычно размазанное распределение по размерам возникаюш их на них зародышевых пузырьков. Следовательно, обусловленное этим фактором вскипание жидкости гораздо менее критично к температуре, чем гомогенная нуклеация. [c.146] Параметры Т, р характеризуют состояние перегретой жидкости, для которого Jх = 10 см сек [81]. Радиус критического зародыша получен но формуле (2.17), число молекул в пузырьке Пк найдено по известной плотности насыщенного пара при температуре опыта. Расчеты сделаны но Дерингу — Фольмеру и но Кагану В = В2). В последнюю колонку таблицы занесено поверхностное натяжение но справочным данным [122, 123]. [c.147] В предпоследней колонке результаты измерений [124, 125] для тех же порций жидкостей, с которыми проведены опыты на пузырьковой камере. Только для эфира расхождение значений 0д в двух последних колонках превышает 3%. Но в этом случае данные [122] относятся, вероятно, к необезвоженному эфиру. Лелюх и Скрипов [125] поставили контрольные опыты с насыщенным водой эфиром и получили значения 0о, указанные в [122]. Из табл. 27 видно очень хорошее согласие рассчитанных и измеренных значений поверхностного натяжения. Таким образом, подтверждается принятое в теории макроскопическое описание поверхностных свойств зародышевых пузырьков. В исследованной области перегретых состояний (р 0) не сказывается существенно эффект кривизны разделяющей поверхности. Однако обращает на себя внимание то обстоятельство, что рассчитанные значения о систематически ниже измеренных. [c.147] Данные табл. 27 дают представление о значениях Г, г к, при которых для МНОГИХ жидкостей МОЖНО не считаться с влиянием кривизны пузырька на поверхностное натяжение. По особому ведут себя вода, метиловый и этиловый спирты. Если расхождение с опытом оценок Г по теории гомогенной нуклеации отнести целиком за счет поверхностного натяжения, то получим существенное отличие O от оГц. При атмосферном давлении имеем для воды Т = 302 °С, сг = 11,0 дин-см , Oq = 13,9 дин-см , А0/О = 0,26, для метилового спирта Т = 191,5 °С, сг = 4,7 дин-смг , 0Q = 5,5 дин-см , Аа/а = 0,17, для этилового спирта Т = 197 °С, а = 4,1 дин-см , 0ц = 4,7 дин-см , Д0/0 = 0,15. Но заметим, что сами значения Оо [122] при температурах Т/Т 0,9 нуждаются в проверке. [c.150] В опытах по импульсному нагреву жидкостей с помощью платиновой проволочки зародышеобразование имеет гетерогенный характер. Для н-пентана, н-гексана, п-геп-тана, диэтилового эфира и бензола результаты определения Т = Т (Jj) находятся в хорошем согласии с тем, что дают опыты на пузырьковой камере и па капельках, а также с теорией гомогенной нуклеации. Это говорит о пренебрежимо малом влиянии поверхности платины на условия возникновения спонтанных паровых зародышей. Для воды и спиртов требуется дополнительное исследование, чтобы установить, не вызвано ли расхождение между 0 и Ор неполнотой смачивания стенки. [c.150] Сравнение данных табл. 21 и 8 показывает, что для этилового спирта температура максимального перегрева в открытом стеклянном капилляре выше температуры Т в методе импульсного нагрева, а для метилового спирта и воды перегрев в капилляре получается значительно ниже, чем на проволочке. [c.150] И на пузырьковых камерах, получено гораздо больше опосредствованной информации по ядерной физике, чем прямых данных о процессах выделения новой фазы, хотя эти процессы являются там основными. [c.151] Еще Вильсон нашел, что интенсивное гомогенное зародышеобразование в водяном паре при охлаждении от комнатной температуры до = 255 °К происходит, когда е = 1,37, S = рг/ра = 7,9, т. е. при восьмикратном пересыщении. В камере возникает плотный туман. По современной оценке в опытах Вильсона проявляется высокая частота нуклеации 10 см -сек ). Порядок этой величины важно знать при сравнении теории с опытом. [c.151] Понижение температуры сопровождается ростом поверхностного натяжения, это ведет к увеличению 8. [c.152] Большую серию опытов по конденсации воды и органических жидкостей провели Фольмер и Флуд [57, 10]. В качестве расширительной камеры использовалась стеклянная бутыль без дна. Полый подвижный поршень-стакан был опрокинут на ртуть в нижней части камеры. В зазоре между боковой стенкой камеры и поршнем, а также поверх поршня находилась исследуемая жидкость. Ее пары в смеси с воздухом заполняли рабочий объем камеры (— 1000 см ). Расширение производилось за счет регулируемого разрежения газа под поршнем. Внутри камеры можно было создавать электрическое поле для удаления ионов. Граница спонтанной конденсации пара в рабочем объеме определялась визуально. При переходе через некоторое критическое значение степени расширения е == е число образуюш,пхся капелек очень быстро возрастало. [c.152] Метиловый спирт. Этиловый спирт. . н-Пропиловый спирт Изопропиловый спирт н-Бутиловый спирт Нитрометан. ... [c.154] Из табл. 30 видно хорошее согласие между теорией гомогенной нуклеации и опытами для воды и органических жидкостей. Единственным исключением является метиловый спирт. Причина большого расхождения в этом случае не ясна. [c.154] Т — —25 °С найдено 5 8. Авторы относят свои результаты к условиям, при которых за время постоянной чувствительности камеры образуется 1—2 капли в 1 см . Пересыщение, полученное в [135] для воды, выше, чем у Фольмера и близко к границе образования плотного тумана, указанной Вильсоном. Работа на расширительных камерах Вильсона требует известных предосторожностей и методических проработок для получения надежной информации о кинетике гомогенного зародышеобразования. Во-первых, в камере нельзя полностью избавиться от конденсации на ионах, пылинках. Во-вторых, нужно быть уверенным, что процесс расширения от начала до конца сохраняет адиабатический характер и состояние максимального пересыщения пара существует некоторое время, в течение которого возникают флуктуационные центры конденсации с частотой /х- Не будет большой ошибкой считать, что все капельки (за вычетом гетерогенных зародышей) начинают расти в это время. Если общее число появившихся капелек приблизительно известно, то есть возможность сравнивать экспериментальные результаты с теорией. [c.155] Рост капелек, так же как нагрев от стенок, снижает пересыщение в окружающей их зоне. Конденсация вызывает не только понижение давления, но и повышение температуры за счет выделения тепла при фазовом переходе. В камерах со свободной поверхностью жидкости трудно получить и сохранить большое пересыщение, если отказаться от примеси неконденсжрующегося газа. Это связано с интенсивным поступлением горячего пара в холодный объем при расширении. Высокое содержание газа-носителя ограничивает испарение со свободной поверхности и способствует сохранению пересыщения. В частности, уменьшается скорость роста капелек. [c.156] Вернуться к основной статье