Метастабильные состояния. Перегретая жидкость и переохлаждённый пар. Кипение. Роль зародышей в образовании новой фазы

Так как давление под искривлённой поверхностью отличается от давления снаружи, становится понятно, почему можно, например, перегреть жидкость, даже есть в ней есть маленькие пузырьки. Если радиус достаточно мал, то давление насыщенного пара в этом пузырьке будет меньше, чем адвление над ровной поверхностью, и пузырьки будут сжаты гидростатическим давлением и исчезнут.

Также дело обстоит с пересыщенным паром. Это тоже метастабильное состояние вещества. Давление этого пара больше насыщенного для данной температуры. Допустим, в таком паре образовались маленькие капельки жидкости. Но давление пара, находящегося в равновесии с каплей тем больше, чем меньше её радиус. Поэтому капли с радиусом меньше определённого испарятся обратно.

Конденсации способствует наличие пыли и других мелких частиц. Капля, образовавшаяся вокруг пылинки, не будет круглой, и на ней могут быть участки с небольшой кривизной. Такии капли будут эффективными центрами конденсации.

Ещё более эффективными центрами конденсации будут заряженные частицы. На поверхностные заряды действуют силы, направленные наружу шара. Она направлены противоположна силам Лапласа и такое влияние эквивалентно уменьшению поверхностного натяжения. Для такой капли давленые насыщенного пара будет меньше и она станет центром конденсации.

Перенасыщенный пар и перегретая жидкость используются для фиксации треков заряженных частиц. Это камера Вильсона и пузырьковая камера. В паре заряженная частица становится центром конденсации. А в пузырьковой камере частица, проходя сквозь воду, теряет энергию, энергия переходит в тепло и вода испаряется.

Ещё одно метастабильное состояние - переохлаждённая жидкость. Например, воду можно охладить до -10 градусов, если она чистая и в ней нет посторонних вкраплений, которые становятся центрами кристаллизации.

Примером роли зародышей в образовании новой фазы может быть такой пример. Существуют две модификации олова: обычное, белое, и серое, или порошкообразное. Выше 18 С при атмосферном давлении устойчиво белое олово, ниже - серое. При сильном морозе скорость образования зародышей серого олова ничтожна, но при потеплении иногда происходят эпидемии оловянной чумы. Например, достаточно известен печальный случай, когда в Петербурге на складе военного обмундирования рассыпался в порожок большой запас оловянных пуговиц. "Заболевшие" пуговицы "заражали" своих соседей, и за несколько дней всё олово рассыпалось в порошок.