Líquido sobrecalentado

Líquido sobrecalentado (metaestable) - un líquido calentado por encima del punto de ebullición. Un líquido sobrecalentado es un ejemplo de un estado metaestable , en una serie de modos energéticos y tecnológicos provoca fenómenos dinámicos específicos como la ebullición explosiva debido al calor almacenado, la inestabilidad de la interfaz líquido-vapor y la formación de un frente de transición de fase.

La existencia de estados sobrecalentados (metaestables) está asociada con la dificultad de la etapa inicial de la transición de fase de primer orden. La naturaleza discontinua de la transición ( , ; aquí está la entropía específica , es el volumen específico) excluye la posibilidad de transformación cerca del equilibrio en toda la masa de materia simultáneamente. La transición de fase comienza en "puntos" individuales del sistema homogéneo, estos puntos deben cumplir la condición ( es el radio del núcleo, es el radio del núcleo crítico) - entonces el crecimiento de una nueva fase se acompaña de una disminución en el potencial termodinámico. $dS\neq 0$ $dv\neq 0$ $S$ $v$ $R>R_{r}$ $R$ $R_{r}$

La característica de la barrera de potencial que el núcleo necesita superar para alcanzar el tamaño crítico es el trabajo de formación del núcleo crítico:

W={\frac {1}{2}}V(P_{s}-P)\left(1-{\frac {v_{1}}{v_{2}}}\right),

V={\frac {4}{3}}\pi R_{k}^{3},

dónde

$V$ es el volumen de la burbuja crítica,
$R_k$ es el radio crítico de la burbuja,
$PD}$ es la presión de vapor en la línea de saturación (en dado ), $T$
$PAGS$ es la presión en el líquido,
$v_{1}$ es el volumen específico de líquido,
$v_{2}$ es el volumen específico de vapor.

$W$ también se puede escribir en términos de propiedades de equilibrio:

W={\frac{16\pi D^{3}}{3(P_{s}-P)^{2}\left(1-{\dfrac {v_{1}}{v_{2}}} \derecho)^{2}}},

donde es el coeficiente de tensión superficial . $D$

Ejemplos

Argón , presión atmosférica:

T de saturación = -186 °C
T sobrecalentamiento alcanzable = -142 °C.

Como podéis ver, en el experimento se consigue un sobrecalentamiento de 44 grados.

El agua permite un sobrecalentamiento estable hasta 200 °C. El agua calentada a 300 °C puede existir en estado líquido a presión atmosférica durante un tiempo del orden de microsegundos [1] .

Es extremadamente difícil sobrecalentar el agua de fuentes naturales, ya que contiene una gran cantidad de suspensiones microscópicas (partículas minerales, bacterias) que, cuando se calientan, se convierten en centros de ebullición. Sin embargo, el agua bien filtrada o destilada puede sobrecalentarse incluso en una tetera doméstica , lo cual es un peligro mayor, ya que la más mínima sacudida de la tetera hará hervir instantáneamente todo el volumen de agua sobrecalentada, provocando una explosión de vapor . Por este motivo, el manual de instrucciones de casi todas las teteras contiene una prohibición sobre el uso de agua destilada. Se puede lograr un sobrecalentamiento aún mayor calentando agua en un horno de microondas. esto es muy comun[ cuanto? ] causa de quemaduras cuando el agua no parece estar hirviendo, pero después de un ligero empujón, el agua comienza a hervir rápidamente . Por esta razón, los manuales de instrucciones de los hornos de microondas contienen una prohibición categórica de calentar agua con su ayuda.

El fenómeno del sobrecalentamiento del agua reduce la eficiencia de las calderas de vapor.

Algunas tecnologías para la limpieza de superficies contaminadas se basan en el fenómeno del sobrecalentamiento de líquidos. El objeto a limpiar se sumerge en un líquido sobrecalentado y se forman burbujas de vapor sobre los contaminantes, destruyéndolos. El mismo efecto también se aplica en la limpieza ultrasónica , donde se crea un sobrecalentamiento del líquido debido a una disminución local de la presión detrás del frente de onda acústica ( cavitación ultrasónica ).

Véase también

Notas

↑ "Ciencia de los Urales" No. 12. Mayo de 2009

Literatura

V. E. Vinogradov. Investigación de la ebullición de líquidos sobrecalentados y estirados (Resumen de la disertación para el grado de Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas) (enlace inaccesible) 43. Instituto de Física Térmica, Rama Ural de la Academia Rusa de Ciencias (2006). Consultado el 28 de julio de 2011. Archivado desde el original el 22 de agosto de 2011. (indefinido)

Enlaces

Líquido sobrecalentado en YouTube . V. I. Gervids. NRNU MEPhI (03.10.2011). - Demostraciones físicas. (Consulta: 23 de junio de 2011)

Estados termodinámicos de la materia

Estados de fase

Estado de agregación Equilibrio de fase Regla de fase diagrama de fases Ecuación de estado
Sólido	cristales monocristal policristalino Cristalito
mesofase	Cuerpos amorfos estado vítreo Cristal liquido nemático esméctico colestérico Fase columnar mesógeno Membrana
Líquido	Fluido ideal Estado metaestable líquido sobrecalentado liquido sobreenfriado líquido estirado Fusión de un reactor fluido supercrítico
Gas	Gas ideal gasolina de verdad Vapor Vapor saturado vapor supercalentado vapor sobresaturado
Plasma	electromagnético Plasma de quarks-gluones Glazma
Baja temperatura	condensado bose condensado fermiónico gas cuántico gas bose gas fermi gas degenerado líquido cuántico liquido bose liquido fermi sólido superfluido Fenómenos superfluidez Superconductividad
Otro	asunto extraño molécula fotónica condensado de vidrio de color

Transiciones de fase

primer tipo

segundo tipo

en fenómenos eléctricos	ferroeléctrico Antiferroeléctrico
en fenómenos magnéticos	ferroimanes Paraimanes Antiferroimanes

cuántico

punto lambda

Sistemas dispersos

Geles
- aerogel
Soluciones
sistemas coloidales
- grueso
- coloidal libremente dispersado
Sol
Lata de aerosol
- Fumar
- Polvo
- Niebla
- neblina
Suspensión
Emulsión

ver también