Температура-энтропия для гелия

Жидкое состояние гелия при невысоких давлениях сохраняется вплоть до абсолютного нуля, но несмотря на это его энтропия стремится к нулю при Т - 0. Изменение энтропии гелия-4 в зависимости от температуры приведено на рис. VHI.S, Обращает на себя внимание отсутствие скачка энтропии в Х-точке — скачка, свойственного, фазовым переходам I рода. Сказанное можно подтвердить следующим аргументом. Согласно одной из форм уравнения Клапейрона — Клаузиуса [c.295]

Относительное постоянство энтропии испарения при переходе от одной жидкости к другой легко понять с точки зрения гипотезы Больцмана о связи энтропии с неупорядоченностью. Превращение жидкости в пар приводит к увеличению неупорядоченности. При критической температуре энтропия испарения равна нулю, потому что жидкость и газ при этой температуре неразличимы и энтальпия испарения равна нулю. Больщинство жидкостей ведет себя одинаково не только при своих критических температурах, но и при температурах, составляющих равные доли критических температур мы уже видели (разд. 3.3), что стандартные точки кипения многих жидкостей составляют примерно равные доли их критических температур. Следовательно, разные жидкости будут иметь приблизительно одинаковую энтропию испарения в точке кипения при условии, что в процессе испарения не происходит ассоциации или диссоциации молекул. Для соединений,подобных воде и спиртам, которые образуют водородные связи (разд. 14.8), энтропия испарения больше 21 кал/(К-моль). Для водорода и гелия, которые кипят лишь немного выше абсолютного нуля, вполне можно ожидать значительных отклонений от этого правила. Уксусная и карбоновые кислоты вообще имеют аномально низкие теплоты испарения, так как их пар содержит димерные молекулы. Для диссоциации димеров в паре на отдельные молекулы необходимо затратить дополнительное количество энергии. [c.100]

Например, для понижения температуры жидкого гелия от Г К до О,Г К необходимо понизить давление паров с 0,12 до 4х X 10 мм. рт. ст., что технически нереально. Очевидно, что для решения поставленной задачи необходимо найти такую неупорядоченную систему, которая даже при очень низких температурах имела бы достаточно большую энтропию, зависяш,ую от какого-то параметра состояния X. [c.22]

АНт и А8т — изменение энтальпии и энтропии в процессе плавления при этом предполагается, что каждое вещество должно находиться в определенном термодинамическом состоянии, обычно при давлении насыщенного пара. Поскольку в данных процессах участвуют вещества только в конденсированной фазе, различия между изменениями стандартных величин энтальпии и энтропии АНт° и А8т° и соответствующими изменениями величин АНт и А8т незначительны, за исключением процессов, протекающих при высоких давлениях. Для чистых веществ в жидком и твердом состояниях влияние средних давлений на термодинамические свойства почти всегда пренебрежимо мало. Так, например, теплоемкость при низких температурах того или иного соединения обычно определяют при давлении насыщенного пара плюс зависящее от температуры давление гелия, вводимого для ускорения достижения теп.лового равновесия. [c.220]

Пожалуй, этим можно было бы закончить. Но я хочу сказать только еще об одном, очень интересном для физиков следствии, вытекающем из свойства гелия-П протекать через узкую щель в другом энергетическом состоянии.. Дело в том, что если гелий-П. протекает в другом энергетическом состоянии через узкую щель из одного сосуда в другой и притом обратимо, причем разности температуры не возникают, то это возможно только тогда, когда энтропия гелия-П равна нулю. Если энтропия не равна нулю и будет увеличиваться, "ГО у нас возникнет необходимость повышения температур. [c.13]

Чтобы представить себе основные процессы, происходящие при ожижении, рассмотрим фиг. 44—46, где схематически изображены ожижитель, его 8 — Г-диаграмма и энтропия гелия. Для простоты тепловую изоляцию системы будем считать идеальной, а падение давления вдоль трубок — пренебрежимо малым. В процессе а -> Ь при температуре Г1 ( 300 К) производится сжатие газообразного гелия от давления Р1 ( 1 атм) до более высокого давления рг (например, 15 атм). Это сжатие происходит адиабатически, поэтому оно сопровождается увеличением температуры газа. Затем газ охлаждается (Ь -> с) водой до температуры Г1. Далее газ охлаждается (с <1) до температуры Гз ( 77 К) с помощью жидкого азота, протекающего через теплообменник I. [c.138]

По теории Л. Ландау жидкий гелий ни-жеЯ -точки, т. е. гелий II, ведет себя так, как если бы он состоял из двух частей 1) жидкости, обладающей квантами возбуждения (фононами и ротонами, см. [А-44, В1-16]) и ведущей себя, как обычная жидкость (так называемая нормальная компонента) 2) жидкости, не несущей квантов возбуждения, имеющей нулевую энтропию, т. е. как бы находящейся при абсолютном нуле температуры. Эта часть жидкости совсем не обладает вязкостью. Движение сверхтекучей жидкости является потенциальным и термодинамически обратимым. Конечно, рассмотрение жидкого гелия как смеси двух жидкостей является лишь удобным приемом для описания свойств гелия. Как и всякое описание квантовых явлений в классических терминах, оно не вполне адекватно. Можно говорить о нормальной и сверхтекучей массах жидкости, связанных с обоими одновременно возможными движениями, но это не означает возможности реального разделения жидкости на две части. По мере понижения температуры ниже X-точки эффективная масса сверхтекучей части (р ) увеличивается, а нормальная ( р ) — уменьшается (причем всегда Р = Р +Рл)- На рис. 4-59 приведена экспериментально найденная зависимость р /р от температуры для гелия II [ВЫ, В1-1а]. Вязкость гелия II обусловлена только ело нормальной частью , н собственно ее и следует иметь в виду, говоря о вязкости гелия II в целом (см. [c.143]

Рис, 22. Диаграмма температура — энтропия для гели%(2—100 К). [c.115]

Рис. 23. Диаграмма температура — энтропия для гелия (100—300 1 .

Очень велико значение жидкого гелия для создания сверхнизких температур. Исследования прн таких температурах приводят к фундаментальным научным результатам (нахождение энтропии твердых веществ по данным о низкотемпературной теплоемкости, изучение сверхпроводимости, сверхтекучести). Гелиевые температуры используют и в технике (охлаждение радиотехнических устройств с целью устранения тепловых шумов , охлаждение сверхпроводящих электромагнитов). [c.489]

При фазовых переходах второго рода непрерывно изменяются и первые производные от энергии Гиббса по температуре и давлению, т. е. энтропия и объем. Для фазового перехода второго рода невозможно существование метастабильных состояний, и каждая фаза может существовать только в определенной температурной области. Пр)имерами фазовых переходов второго рода являются переходы жидкого гелия в сверхтекучее состояние, железа из ферромагнитного в парамагнитное состояние, металла из обычного в сверхпроводящее состояние, переход порядок — беспорядок в сплавах типа -латуни и др. [c.326]

Смешаны 2-10 м гелия и 2-10 м аргона при 300 К и 1,01 X X 10 Па после изотермического смешения полученная газовая смесь нагрета до 600 К при постоянном объеме. Вычислите общее возрастание Энтропии, учитывая, что Су 12,6 Дж/(моль-К) и не зависит от температуры. [c.89]

Согласно третьему закону термодинамики энтропия жидкой фазы, так же как и твердой, при абсолютном нуле температуры должна обращаться в нуль. В связи с этим приобретает большой интерес вопрос о распределении атомов в жидком гелии, особенно при наиболее низких температурах. Плотность жидкого гелия мала, под давлением насыщенных паров она составляет всего около 0,14 г/мл, что в значительной мере объясняется малой молекулярной массой гелия (заметим, что плотность жидкого водорода примерно в два раза меньше плотности жидкого гелия). Необычна зависимость плотности Не от температуры (рис. 61). Там же представлена температурная зависимость теплоемкости С вдоль линии равновесия жидкость — пар. При температуре 2,173 К и 49,80 10 Па плотность жидкого Не проходит через максимум, после чего функция р = /(Г) резко меняет свое направление, плотность быстро уменьшается. Теплоемкость тоже аномально зависит от температуры. Кривая теплоемкости похожа на греческую букву X. При 2,182 К теплоемкость является разрывной функцией. Здесь в жидком Не происходит фазовый переход второго рода. Температура этого фазового перехода ( Х-точки ) немного снижается при увеличении давления. Жидкую фазу при температурах, соответствующих Х-точкам и ниже, принято называть гелий II . Жидкая фаза при температурах, лежащих выше Х-точек, названа гелий 1 . [c.229]

Таким образом, гелий П при температурах выше О К состоит из гелия в основном квантовом состоянии или сверхтекучей компоненты и гелия в возбужденных квантовых состояниях — нормально й компоненты . Сверхтекучая и нормальная компонента в пространстве неразделимы. Энтропия сверхтекучей компоненты равн а нулю. Энтропия нормальной компоненты растет с повышением температуры. Вязкость сверхтекучей компоненты отсутствует. Нормаль -ная компонента имеет вязкость хоть и малую, но измеримую. [c.244]

Гелий незаменим для создания сверхнизких гелиевых температур, так как его температура кипения при атмосферном давлении составляет всего 4,3 К. Такие температуры нужны для исследований сверхпроводимости, сверхтекучести, а также для определения энтропии по третьему началу термодинамики. Гелий извлекают из природного газа путем глубокого вымораживания из газа всех остальных веществ. [c.170]

Чему равна разность энтропии (в Дж-град 1-моль"1) гелия при давлении 1 и 5 атм и 25 °С При 100 °С При давлении 1 и 0,2 атм при каждой из этих температур [c.337]

Б заключение бегло осветил С5ЩН0Сть магнитного метода получения самого низкого холода плп, как его часто называют, метода адиабатического размагничивания. Он основан на способности некоторых парамагнитных солей (гадолиния, церия, трехвалентного хрома, двухвалентного. марганца и др.) терять свою тепловую энергию в магнитном поле в результате упорядочения структурных элементов. Это сопровождается уменьшением энтропии, а следовательно, охлаждением. Находящуюся в контейнере (трубке) соль помещают в криостат с жидким гелием, а затем вводят в контейнер некоторое количество газообразного гелия, чтобы обеспечить тепловой контакт соли с гелиевой ванной. Далее подводят лгагнитное поле, и соль изотермически намагничивается. Газ откачивают нз контейнера, и с ним уходит тепло,отдаваемое солью тепловой контакт с жидким гелием размыкается. Отключают магнитное ноле, в результате размагничивания температура соли надает значительно ниже температуры жидкого гелия. Цикл многократно повторяется. В итоге парамагнитная соль без особых трудностей может быть охлаждена до нескольких сотых долей градуса абсолютной шкалы. Как сообщалось в печати, этим путем достигнута температура, отстоящая от абсолютного нуля на 0,0002° Использование ядерного магнетизма сулит в будущем еще большее приближение к абсолютному нулю. [c.155]

К и 2,931 МПа. В этой точке энтропии жидкого и твердого гелия равны Stb= =5ж= 1п2. Ниже этой температуры энтропия твердого гелия становится больше энтропии жидкого гелия, т. е. наблюдается соотношение удельных энтропий, обратное обычному. Таким образом, адиабатное сжатие смеси твердого и жидкого ЭДе вдоль кривой плавления будет сопровождаться охлаждением. Впервые метод Померанчука для получения температур ниже 18 мК осуществил Ануфриев [233]. [c.79]

Минимальная работа, необходимая для превращения 1 г газообразного гелия при атмосферном давлении и комнатной температуре в жидкий гелий при 4,22° К, мо) (ет быть весьма просто вычислена, если определить изменение энтропии ожижаемого гелия. Рассмотрим обратимый цикл ожижения и предположим, например, что отнимаемое от гелия тепло передается охлаждающей воде при 300° К. Увеличение энтропии охлаждающей воды в точности равно уменьшению энтропии гелия. Графически идеальный цикл ожижения показан на фиг. 1.34. Площадь АВСОЕ представляет собой количество тепла, отводимого от 1 г гелия в процессе его охлаждения от 300 до 4,2° К и конденсации при атмосферном давлении. Площадь прямоугольника ЛЕПР является мерой количества тепла, передаваемого в окружающую среду. Разность этих площадей соответствует количеству работы, которую необходимо затратить для ожижения 1 г гелия. Следует отметить, что минимальная затрата работы больше чем в 4 раза превышает количество тепла. [c.82]

При ФП второго рода плотность вещества, энтропия и термодинамические потенциалы не испьггывают скачкообразных изменений, а производные от теплоты, объема - теплоемкость, сжимаемость, коэффициент термического расширения фаз, наоборот меняются скачком. Примеры переход гелия в сверхтекучее состояние, железа из ферромагнитного состояние в парамагнитное в точке Кюри, соответственно теплота ФП второго рода равна нулю. Зависимость температуры равновесного перехода от давления определяется уравнением Эренфеста. Фазовыми переходами третьего и более высоких родов - такие переходы при которых не изменяется теплоемкость. Теория таких переходов разработана П. Кумаром и сопгр [c.20]

Все многообразие фазовых переходов классифицируется на фазовые переходы первого и второго родов. При фазовом пе- )еходе первого рода выделяется или поглощается определенное количество теплоты, изменяются объем и плотность вещества, его энтропия, теплоемкость и т, п. Фазовые переходы первого рода — плавление, испарение, возгонка, полиморфное превращение и другие — характеризуются равенством изобарных потенциалов двух сосуществующих в равновесии фаз. В отличие от фазовых переходов первого рода для фазовых переходов второго рода свойственно не только равенство изобарных потенциалов, но и равенство энтропий, объемов и плотностй фаз. К фазовым переходам второго рода относятся магнитные превращения при температуре Кюри, переход вещества в сверхпроводящее состояние, появление сверхтекучести у гелия, переход из парамагнитного состояния в ферромагнитное и др. Одно из объяснений фазовых переходов второго рода состоит ь изменении симметрии частиц системы, например, переход системы частиц с беспорядочно направленными спинами в систему частиц с преимущественной ориентацией спинов или переход нз неупорядоченного распределения атомов А и В по узлам кристаллической решетки в упорядоченное, [c.219]

Через нафевательную трубку при атмосфернам давлении пропускают гелий. Как изменится внутренняя энергия и энтропия определенного объема газа, если температуры входа и выхода равны 7[ и Tj, а теплоемкость газа постоянна [c.12]

Обратимся теперь к графику функции А5пл — /( ) Для подавляющего большинства простых веществ величины А5 л располагаются в интервале от 5,8 до 11,3 Дж/К моль, т. е. от / 1п2 до / 1п4. За немногими исключениями эти вещества — металлы. Энтропия плавления изотопов гелия, как уже говорилось в главе о квантовых жидкостях, близка к нулю, и в некотором интервале температур даже отрицательна. Напомним, что изотопы гелия затвердевают только при давлениях порядка 30 10 Па. [c.283]

Перестройка надмолекулярной структуры сольвата комплекса зшеньшает степень упорядоченности структурированной системы, о чем свидетельствует большое и положительное значение энтропии активации. В то же время с удлинением алкильного заместителя прочность надмолекулярной структуры растворов несимметричных комплексов увеличивается при низких температурах. Обращает на себя внимание тот факт, что теплота активации течения растворов при низких температурах (293—313 К) заметно выше для симметричных комплексов, чем для трет-бутил-триалкилборатов лития и их сольватов. Теплота актпвации течения гелей [В(0К)4]Ь1 мало изменяется в зависимости от длины алкильного заместителя (рис. 2). В структуре растворов симметричных комплексов исключена возможность равновесных переходов, связанных с координационной перестройкой катиона лития. [c.86]

Обычно в синтезе используют такие высокореакционноспособные реактанты, как свежеосажденные гели в водных растворах щелочи с высоким pH. Сильное пересыщение при низкой темпера1урс приводит к обильному образованию зародышей. В этих условиях в структуру цеолита включаются вторичные структурные единицы, например кольца из четырех тетраэдров ТО4 вместе с катионами и молекулами воды. В многочисленных работах показано, что осажденные гели подвергаются старению, меняющему их химическую структуру и физические свойства. Такое старение, в процессе которого, по-видимому, образуются соответствующие структурные единицы, способствует появлению зародышей и росту кристаллов цеолитов. Обычно старение проводят при более низкой температуре (—25°С), чем кристаллизацию ( 50—200°С). При кристаллизации в первую очередь возникают слабо упорядоченные структуры, образование которых сопровождается меньшим изменением энтропии. Эти широкопористые цеолиты с беспорядочно расположенными обменными катионами и молекулами воды по своим структурным свойствам и энтропии мало отличаются от неупорядоченных гелей. С повышением температуры синтеза возрастает скорость реакций, ведущих к истинному равновесию, и начинают преобладать более [c.18]

Современный криостат высокой точности (типа Руервайна — Хаффмана), пригодный для получения данных по теплоемкостям и последующего вычисления энтропий в интервале температур от 4° до 350° К изображен на рис. 2 [774]. Вся сборка криостата осуществлена на крышке и для удобства загрузки калориметра внутренняя часть может выниматься из наружного стакана. Назначение этого устройства — поддерживать калориметр с образцом при любой желаемой температуре между 4° и 350° К в таких условиях, чтобы им не терялась и к нему не поступала никакая теплота, кроме подводимой электрическим нагревателем. Два медных хромированных сосуда для хладоагентов обеспечивают отвод теплоты при низких температурах. Калориметр подвешен на лебедке плетеным шелковым шнуром, а адиабатическая оболочка, окружающая его, подвешена на шелковом шнуре в фиксированном положении к нижнему сосуду. Лебедка используется для приведения конусов калориметра, адиабатической оболочки и нижнего сосуда в непосредственный тепловой контакт и, таким образом, для охлаждения калориметра и оболочки. Когда желаемая температура опыта достигнута (температура сосуда или выше), тепловой контакт нарушается опусканием калориметра и при подготовке к измерениям устанавливаются адиабатические условия. При исследованиях выше 90° К в качестве хладоагента в обоих сосудах используется жидкий азот, между 50° и 90° К охлаждение примерно до 50° К достигается за счет испарения. При работе в области между 4° и 50° К нижний сосуд наполняется жидким гелием, а верхний — твердым азотом. Температуры ниже 4° К достигаются охлаждением за счет испарения жидкого гелия. [c.23]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология