Перегретая жидкость

Перегре́тая (метастаби́льная) жи́дкость — жидкость, нагретая выше температуры кипения. Перегретая жидкость является примером метастабильного состояния, в ряде энергетических и технологических режимов вызывает такие специфические динамические явления, как взрывообразное вскипание за счёт запасённого тепла, неустойчивость поверхности раздела жидкость-пар, формирование фронта фазового перехода.

Существование перегретых (метастабильных) состояний связано с затруднённостью начальной стадии фазового перехода первого рода. Прерывистый характер перехода (<math>dS\neq 0</math>, <math>dv\neq 0</math>; здесь <math>S</math> — удельная энтропия, <math>v</math> — удельный объём) исключает возможность превращения одновременно во всей массе вещества вблизи равновесия. Фазовый переход начинается в отдельных «точках» однородной системы, эти точки должны удовлетворять условию <math>R>R_r</math> (<math>R</math> — радиус зародыша, <math>R_r</math> — радиус критического зародыша) — тогда рост новой фазы сопровождается убылью термодинамического потенциала.

Характеристикой потенциального барьера, который нужно преодолеть зародышу для достижения критического размера, есть работа образования критического зародыша:

<math>W=\frac{1}{2}V(P_s-P)\left(1-\frac{v_1}{v_2}\right),</math>

<math>V=\frac{4}{3}\pi R_k^3,</math>

где

• <math>V</math> — объём критического пузырька,
• <math>R_k</math> — радиус критического пузырька,
• <math>P_s</math> — давление пара на линии насыщения (при данной <math>T</math>),
• <math>P</math> — давление в жидкости,
• <math>v_1</math> — удельный объём жидкости,
• <math>v_2</math> — удельный объём пара.

<math>W</math> также можно записать через равновесные свойства:

<math>W=\frac{16\pi D^3}{3(P_s-P)^2\left(1-\dfrac{v_1}{v_2}\right)^2},</math>

где <math>D</math> — коэффициент поверхностного натяжения.

Примеры

Аргон, атмосферное давление:

• Т_{насыщения} = −186 °C
• Т_{достижимого перегрева} = −142 °C.

Как видно, на опыте достигается перегрев в 44 градуса.

Вода позволяет устойчивый перегрев до 200 °C. Нагретая до 300 °C вода может существовать в жидком состоянии при атмосферном давлении на протяжении времени порядка микросекунд.

Перегретую жидкость можно получить нагревая воду в микроволновке. Это очень частая причина ожогов, когда вода кажется некипящей, но после легкого толчка вода начинает быстро кипеть.

См. также

• Переохлаждённая жидкость
• Растянутая жидкость
• BLEVE

Литература

В. Е. Виноградов. [elar.usu.ru/bitstream/1234.56789/942/1/urgu0423s.pdf Исследование вскипания перегретых и растянутых жидкостей] (Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора физико-математических наук) 43. Институт теплофизики Уральского отделения РАН (2006). Проверено 28 июля 2011. [www.webcitation.org/618QClASU Архивировано из первоисточника 22 августа 2011].

Ссылки

• [youtube.com/watch?v=2dVJV_QC5pc Перегретая жидкость] на YouTube. В. И. Гервидс. НИЯУ МИФИ (10.03.2011). — Физические демонстрации.  (Проверено 23 июня 2011)

Отрывок, характеризующий Перегретая жидкость

Однажды княжна Марья, в середине дня, заметив, что Наташа дрожит в лихорадочном ознобе, увела ее к себе и уложила на своей постели. Наташа легла, но когда княжна Марья, опустив сторы, хотела выйти, Наташа подозвала ее к себе.
– Мне не хочется спать. Мари, посиди со мной.
– Ты устала – постарайся заснуть.
– Нет, нет. Зачем ты увела меня? Она спросит.
– Ей гораздо лучше. Она нынче так хорошо говорила, – сказала княжна Марья.
Наташа лежала в постели и в полутьме комнаты рассматривала лицо княжны Марьи.
«Похожа она на него? – думала Наташа. – Да, похожа и не похожа. Но она особенная, чужая, совсем новая, неизвестная. И она любит меня. Что у ней на душе? Все доброе. Но как? Как она думает? Как она на меня смотрит? Да, она прекрасная».
– Маша, – сказала она, робко притянув к себе ее руку. – Маша, ты не думай, что я дурная. Нет? Маша, голубушка. Как я тебя люблю. Будем совсем, совсем друзьями.
И Наташа, обнимая, стала целовать руки и лицо княжны Марьи. Княжна Марья стыдилась и радовалась этому выражению чувств Наташи.
С этого дня между княжной Марьей и Наташей установилась та страстная и нежная дружба, которая бывает только между женщинами. Они беспрестанно целовались, говорили друг другу нежные слова и большую часть времени проводили вместе. Если одна выходила, то другаябыла беспокойна и спешила присоединиться к ней. Они вдвоем чувствовали большее согласие между собой, чем порознь, каждая сама с собою. Между ними установилось чувство сильнейшее, чем дружба: это было исключительное чувство возможности жизни только в присутствии друг друга.
Иногда они молчали целые часы; иногда, уже лежа в постелях, они начинали говорить и говорили до утра. Они говорили большей частию о дальнем прошедшем. Княжна Марья рассказывала про свое детство, про свою мать, про своего отца, про свои мечтания; и Наташа, прежде с спокойным непониманием отворачивавшаяся от этой жизни, преданности, покорности, от поэзии христианского самоотвержения, теперь, чувствуя себя связанной любовью с княжной Марьей, полюбила и прошедшее княжны Марьи и поняла непонятную ей прежде сторону жизни. Она не думала прилагать к своей жизни покорность и самоотвержение, потому что она привыкла искать других радостей, но она поняла и полюбила в другой эту прежде непонятную ей добродетель. Для княжны Марьи, слушавшей рассказы о детстве и первой молодости Наташи, тоже открывалась прежде непонятная сторона жизни, вера в жизнь, в наслаждения жизни.
Они всё точно так же никогда не говорили про него с тем, чтобы не нарушать словами, как им казалось, той высоты чувства, которая была в них, а это умолчание о нем делало то, что понемногу, не веря этому, они забывали его.
Наташа похудела, побледнела и физически так стала слаба, что все постоянно говорили о ее здоровье, и ей это приятно было. Но иногда на нее неожиданно находил не только страх смерти, но страх болезни, слабости, потери красоты, и невольно она иногда внимательно разглядывала свою голую руку, удивляясь на ее худобу, или заглядывалась по утрам в зеркало на свое вытянувшееся, жалкое, как ей казалось, лицо. Ей казалось, что это так должно быть, и вместе с тем становилось страшно и грустно.