ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Обобщенные зависимости характеристических свойств жидких металлов из "Жидкометаллические теплоносители Изд.3 " В результате исследования свойств жидких металлов обнаружены общие для них закономерности. Это объясняется тем,, что многие жидкие металлы представляют собой термодинамически подобные системы. [c.17] Напомним, что такое термодинамическое подобие и по каким признакам выделяются термодинамически подобные вещества [117]. [c.17] Это уравнение содержит одинаковые для всех веществ числовые коэффициенты и некоторые безразмерные константы с, зависящие от природы вещества. Оно называется приведенным уравнением состояния, а переменные ф, л, т — соответственно приведенными объемом, давлением и температурой. [c.19] Состояния, в которых вещества имеют одинаковые приведенные параметры, называются соответственными состояниями. В критической точке все три приведенных параметра имеют одинаковое значение (равное единице), т. е. критические состояния всех веществ являются соответственными. [c.19] Если два или несколько веществ удовлетворяют одному и тому же приведенному уравнению состояния и имеют одинаковые два из трех приведенных параметров (ф, я, т), то и третий параметр будет у них также одинаков, т. е. вещества находятся в соответственных состояниях (закон соответственных состояний). [c.19] Вещества, подчиняющиеся этому закону и удовлетворяющие одному и тому же приведенному уравнению состояния, называются термодинамически подобными. [c.19] В этих уравнениях функции /ь. . fs представляют собой универсальные функции независимых приведенных параметров Л 1 — молекулярная масса вещества R — универсальная газовая постоянная g — ускорение силы тяжести. [c.20] Зависимости (1.9) — (1.13) для с, / , а, р, X позволяют по известным свойствам одного вещества определять свойства других, термодинамически подобных ему при тех же условиях, т. е. при равных значениях приведенных параметров. [c.20] Указанные общие выражения для с, Гм, о, )я, и аналогичные им зависимости для других физических свойств могут быть выведены на основе закона соответственных состояний различными путями. Приведем один из них, наиболее простой. [c.20] Известно, однако, что закон соответственных состояний строго справедлив только в пределах определенных групп веществ. Соответственно этому и общие зависимости для физических свойств применимы только для определенных групп термодинамически подобных веществ. [c.21] Естественно, возникает вопрос о способах классификации веществ по этим группам, т. е. о критериях термодинамического подобия. Как показывает анализ, существенное значение имеет форма потенциальной кривой вандерваальсовского взаимодействия молекул данного вещества. Причина этого будет ясна, если учесть, что в уравнение состояния входят только те индивидуальные (т. е. зависящие от природы данного вещества) константы, которые содержатся в аналитическом выражении потенциальной энергии вандерваальсовского взаимодействия двух молекул в зависимости от расстояния между ними. Если бы число этих индивидуальных констант не превышало двух, то они могли бы быть исключены (с помощью двух условий, определяющих критическую точку) из уравнения состояния и последнее могло бы быть приведено к безразмерному выражению, не содержащему никаких констант, зависящих от природы вещества. В этом случае закон соответственных состояний был бы общим законом, т. е. был бы справедлив для всех веществ. В действительности число индивидуальных констант, входящих в выражение для потенциальной энергии вандерваальсовского взаимодействия, больше двух. Поэтому единого приведенного уравнения состояния общего для всех веществ не существует и закон соответственных состояний имеет ограниченное значение, т. е. справедлив только для термодинамически подобных веществ. [c.21] На основе теории уравнения состояния реальных веществ можно установить следующее общее условие или критерий термодинамического подобия [73, 118]. [c.21] Два или несколько веществ термодинамически подобны, если кривые потенциальной энергии вандерваальсовского взаимодействия двух молекул в зависимости от расстояния между их центрами геометрически подобны. Это условие имеет самое общее значение, т. е. справедливо при любом числе индивидуальных констант в выражении для потенциальной энергии межмолекулярного взаимодействия. Если учесть, что в это выражение в первом приближении входят три индивидуальные константы, характеризующие природу вещества, то можно установить более частный, но вместе с тем и более практически значимый признак термодинамического подобия, который можно сформулировать следующим образом. [c.21] Два или несколько различных веществ термодинамически-подобны, если отношение энергии равновесия Uq (т. е. значения потенциальной энергии вандерваальсовского взаимодействия молекул в точке минимума) к критической температуре у них одно и то же Uq КТк = Ы т). [c.22] Имеются еще некоторые аналогичные признаки подобия. По существу все они относятся к тому случаю, когда у нескольких веществ или одна из трех индивидуальных констант одинакова, или между двумя или тремя константами существует общее для этих веществ численное соотношение. Тогда одна из трех констант как бы перестает быть индивидуальной и становится уже групповой константой, общей для всей группы данных веществ. При этом число индивидуальных констант для каждого из входящих в данную группу веществ уменьшается до двух, поэтому в пределах этой группы справедлив закон соответственных состояний. [c.22] Практически признаком термодинамического подобия может быть принадлежность веществ к одному и тому же типу химических соединений и равенство их критических коэффициентов. Однако использование соотношений (1.9) — (1.13) затрудняется тем, что экспериментальные значения Тк для металлов неизвестны (исключение составляют Hg, Na, К, Rb, s). [c.22] Представляется целесообразным поэтому получить соотношения, включающие Т /Тпл (7 пл — температура плавления) [119]. Использование этой переменной оправдано, поскольку для жидкостей, согласно правилу Кларка, Гпл/Т к=0,44. Хотя для металлов это соотношение, по-видимому, не выполняется, величина Т пл/7 к является примерно постоянной, например, для щелочных металлов. Так, для Li, Na, К, Rb и s Гт/7 кр = = 0,15—0,17. [c.22] однако, своей целью получение соотношений, справедливых для более широкого класса металлов, мы исходим прежде всего из того, что использование переменной Т /Тпл во многих случаях позволило получить соотношения, имеющие большую общность. Так, в работе [120] приведен ряд закономерностей поведения коэффициентов температуропроводности, поверхностного натяжения, теплоемкости и вязкости жидких металлов. На основе рассмотрения зависимости Ср от Т /Тпл в работе [44] установлена близость кривых для разных представителей группы твердых тугоплавких металлов, а также для щелочных и некоторых легкоплавких металлов в жидком состоянии. Рассмотрим теперь некоторые случаи применения теории термодинамического подобия к анализу свойств жидких металлов. [c.22] Заметим предварительно, что в жидком состоянии при температурах, значительно меньших Гк, зависимость вязкости, теплопроводности и некоторых других свойств от давления очень слабая и наиболее существенна зависимость от температуры. [c.22] Вязкость жидких металлов исследовалась многими авторами в последнее время она была изучена А. Н. Соловьевым [121]. В результате этих исследований установлено, что различные жидкие металлы могут быть по признаку термодинамического подобия разбиты на несколько групп. Например, Na, К, Rb и s (элементы главной подгруппы I группы таблицы Д. И. Менделеева), кристаллизирующиеся в форме центрированной кубической рещетки и имеющие примерна равные значения координационного числа, составляют одну группу, а Ga, Bi, Sb, Hg и Sn — другую группу (сюда же должен быть отнесен и литий, поскольку для него координационное число в жидком состоянии близко к 10). [c.23] Вернуться к основной статье