Задание №18 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для ответа на вопрос проанализируем представленную фазовую диаграмму воды (зависимость давления $p$ от температуры $t$).

1. Анализ начального состояния: Точка А находится в области «Лёд». Это означает, что при данных значениях давления и температуры вещество находится в твердом агрегатном состоянии. Давление в точке А значительно выше давления в тройной точке ($p_A > 4,6$ мм рт. ст.).

2. Физический процесс перехода: Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое (фазовый переход) на диаграмме изображается перемещением из одной области в другую. Чтобы перейти из области «Лёд» в область «Пар», минуя область «Вода», необходимо пересечь кривую «в» (линию равновесия лёд — пар).

3. Условия сублимации: Процесс перехода из твердого состояния сразу в газообразное называется сублимацией (возгонкой). Как видно из графика, кривая «в» существует только при давлениях ниже давления в тройной точке, то есть при $p < 4,6$ мм рт. ст.

4. Возможность перехода для точки А:
— Если мы будем просто нагревать лёд при постоянном высоком давлении (двигаться вправо от точки А), мы сначала пересечем кривую «а» и попадем в область «Вода» (лёд расплавится), а затем кривую «б» (вода закипит).
— Однако, если мы сначала уменьшим давление ниже значения $4,6$ мм рт. ст. (опустимся по вертикали ниже тройной точки), а затем начнем нагревать вещество, мы пересечем кривую «в». В этом случае лёд превратится в пар, минуя жидкую фазу.

Вывод: Перевести лёд из состояния А в состояние пара, минуя жидкое состояние, можно. Для этого необходимо сначала снизить давление в сосуде до значения меньше $4,6$ мм рт. ст., а затем увеличить температуру (или поддерживать её такой, чтобы оказаться правее и ниже кривой «в»).

Ответ: Да, можно. Для этого необходимо уменьшить давление ниже давления в тройной точке ($4,6$ мм рт. ст.), после чего при нагревании лёд будет переходить непосредственно в газообразное состояние (сублимировать), минуя стадию плавления.

Источник: ФИПИ