Способ получения жидкого воздуха

ГЛАВА XX Производство благородных газов 344
Гелий и неон 345
Определение содержания неона и гелия в атмосферном воздухе 346
Гелий, аммиак и аэронавтика 347
Гелий в Соединенных Штатах и Канаде 348
Аргон 351
Криптон и ксенон 354

ПРЕДИСЛОВИЕ
Двадцать семь лет тому назад меня называли утопистом после каждого моего публичного выступления, на котором я демонстрировал жидкий воздух и его свойства и пытался предсказать все те его применения, кроме лабораторных изысканий, которые осуществились впоследствии.
Но Жорж Клод шел в своих предположениях еще дальше меня и он был прав, — поэтому с полной верой и убеждением я мог закончить предисловие к изданной им в 1903 году книге следующими словами: „Сжижение воздуха в промышленном масштабе является не только революцией в науке, но также — и притом, главным образом — революцией экономической и социальной». Все то богатое содержание, которое Клод вложил в свой первый труд, новое издание которого он предлагает в настоящей книге, полностью подтверждает те предположения, которые я высказал 27 лет тому назад.
Это не просто изложение, это труд, который носит характер совершенно оригинальный, и в котором автор не довольствуется ролью историка в своей области.
В. продолжение многих лет Ж. Клод неустанно делал новые вклады в разрешение этого вопроса. Он создавал эти страницы не в виде поучительного описания промышленности сжижения воздуха, а главным образом, излагая свои работы и созданные им теории, которые так далеко подвинули наши познания не только в области науки, но и в области применения достижений науки в промышленности.
Я неустанно следил за всеми изысканиями Клода и самые существенные результаты сообщал в, заседаниях Академий Наук. По некоторым главам настоящей книги можно уяснить себе те пути, по которым продвигались вперед эти изыскания, и по ним можно судить о том, с какой уверенностью и быстротой двигается практика, когда ею руководит ясная, твердо обоснованная научная теория.
Клод принадлежит к тем блестящим изыскателям, у которых пытливая наблюдательность лабораторного ученого соединяется с трезвым разумом практика. Ни одна теория не имеет для него полной
ценности до того момента, пока он не получит возможности поставить ее на рельсы практического применения.
Сказанное подтверждается многими типичными примерами, приводимыми в этой книге. Укажу некоторые из них:
1) Аппарат для производства жидкого воздуха посредством расширения с производимой при этом внешней работой. Теория доказывает превосходство этого метода работы перед другими, но практическое его применение потерпело неудачу, несмотря на то, что за осуществление брались ученые и видные инженеры. „Теория всегда права, говорит Клод, и, не падая духом от неудачи постигшей его незаурядных предшественников, кропотливо анализирует, что именно в практическом применении не удовлетворяет теорию.
При этих работах им был открыт способ смазки петролейным эфиром машин, работающих при низких температурах. После этого открытия, аппарат стал работать, но давал только 0,20 литра жидкого воздуха на лошадиную силу/час. „Очевидно, теория еще недостаточно удовлетворена — решает Клод. Он тщательно изучает это явление и путем тонкого анализа устанавливает с несомненностью, что, действительно, теория не удовлетворена. Он убеждается, что при той очень низкой температуре, при которой происходит работа его машины, воздух уже не предс4авляет из себя того идеального газа, который принимается в теории: „это еще не жидкость, — говорит он „но почти уже и не газ. После этого он пытается поднять темпера-туру, при которой происходит расширение, дабы удовлетворить теорию. Он обращается к способу снижения под давлением, потом к сжижению компаунд, затем к сжижению при критической температуре кислорода и т. д.
Теория удовлетворена и выход жидкого воздуха достигает постепенно 0,66, 0,85, 0,95 л на лошадиную силу/час.
Да, теория всегда права, но. в верных руках.
2) Между точками кипения двух составных частей воздуха — кислорода и азота — существует значительная разница. Способность азота испаряться скорее кислорода послужила основанием процесса, экономно разрешающего задачу разделения этих двух газов. Мельчайшие детали процесса испарения были тщательно изучены проф. Линде, проработаны Бали и другими (и никаких разногласий при этом не возникало). Теория обратного явления, а именно, сгущение газообразного воздуха — вызывала разногласия: Дюар (Dewar) считал, что оба элемента воздуха конденсируются одновременно; Линде разделял этот взгляд. Пикте пошел еще дальше и считал,, что именно азот, т. е. более летучий газ, конденсируется первым. Нужно было решить, какая из этих теорий является правильной, потому что если оба газа конденсируются одновременно, то, очевидно, надо сжижать весь воздух полностью, чтобы разделить его элементы; если же один из газов конденсируется раньше другого, то для достижения этого разделения будет достаточно частичного сжижения.
Клод был глубоко поражен теорией Дюара противоречащей основным законам физики. Как общее положение, рассуждал он, явление сжижения всегда обратно явлению испарения, й воздух может вести себя иначе, только в случае существования какой-то любопытной аномалии. Клод начинает производить опыты и результаты их полностью совпадают с его собственными предположениями и с теориями Gibbs’a, Van-der-Va al s’a и Duhem’a. Подробное изложение этого мы найдем в главе о сжижении газовых смесей.
Благодаря чрезвычайно искусному способу, Клод сумел использовать это свойство. Сжижая относительно незначительную часть обрабатываемого воздуха, он получил непосредственно, без предварительного испарения, жидкость очень богатую кислородом, содержащую почти весь кислород обрабатываемого воздуха. Этот способ заключается в, так называемых, обратных потоках. Он дает возможность полного отделения всего кислорода, содержащегося в обрабатываемом воздухе, путем сжижения только половины его.
Клод сразу же приступает к практическому применению достигнутых им усовершенствований. Результаты сразу же сказываются. Производство жидкого воздуха и разложение последнего на его элементы (впервые осуществленное проф. Линде в Германии при помощи чрезвычайно искусных, им же открытых, способов сильно развилось во Франции и других странах, благодаря методу Клода, эксплоатируемому Обществом nL’air Liquide“.
Помимо специального интереса, настоящая книга дает новое подтверждение мнению, неоднократно выраженному мною, о том, что прикладная наука может вносить поправки в недостаточно твердо обоснованные законы, установленные, так называемой, чистой наукой. Всякий физический закон можно считать реально установленным только после того, как он окажется приемлемым и в широких промышленных масштабах; в чистой науке можно ошибаться, устанавливая без особо вредных последствий недостаточно точные законы; в широкой же индустрии это явление либо совсем невозможно, либо ошибка сказывается в непродолжительном времени, приводя к краху. Именно, эти положения мноюподдерживались, когда в Академии Наук, под моим председательством, обсуждался вопрос о своевременности открытия Промышленной Секции. Работы Клода доказали мою правоту.
В заключение я счйтаю необходимым обратить внимание на одну из интереснейших частей, появляющуюся во всяком случае впервые
в настоящем издании — это главу, в которой автор излагает те затруднения, которые ему пришлось одолеть при изысканиях технически осуществимых способов попутного извлечения из воздуха содержащихся в нем, зачастую в микроскопических дозах благородных газов, получая их ввиде побочных продуктов при производстве азота и кислорода. Помимо этих чрезвычайно интересных научных изысканий, которые стали достоянием действительности, Клод не сомневается в том, что он сумеет найти новые приложения для тех чудесных свойств, которыми обладают эти благородные газы.
Д-р дАрсонваль.
Член Института.
Ножан на Марне.
16 апреля, 1925 года.

ПЕРВАЯ ЧАСТЬ.
СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ.

ГЛАВА I.
Первые этапы.
Одним из интереснейших отделов физики является тот, который трактует о сжижении газов, и, прежде чем перейти к рассмотрению вопросов, связанных с задачей сжижения воздуха, мы не можем обойти молчанием те многочисленные работы, которые закончились — только в-последнее время — полным господством науки над жидким и газообразным состоянием тел.
В области сжижения газов теоретические выводы значительно опередили их практическое осуществление. Физики наблюдали, как обычные жидкости, под влиянием тепла, превращаются в пары, столь же подвижные и легкие, как и газы; под влиянием охлаждения эти пары легко возвращались в свое исходное состояние — превращаясь в жидкость. Перед учеными вставал вопрос: не являются ли также и газы — естественные или получаемые химическим путем — парами жидкостей, но жидкостей особенных, несравненно более летучих, чем обычные, и которые‘кипяг при очень низких температурах.
Не эти ли мысли занимали знаменитого Свифта, когда он сочинял следующий отрывок своего „Путешествия Гулливера“ (3-я часть, Путешествие в Лапута, гл. V — Описание академий в Лагадо
„Под началом великого ученого находилось 50 рабочих. Одни сгущали воздух, делая его осязаемым, извлекая из него азот и давая испаряться текучим и водянистым частицам и т. д.“.
Ведь это полная картина производства жидкого воздуха, кислорода и азота — и все это в 1726 году!
После Свифта понятие о способностях газов сжижаться уясняют приводимые ниже пророческие слова Лавуазье. В то время, когда
) На это любопытное сопоставление обратил мое внимание инж. Г. Стейнгель.
даже легко сжижаемые газы не могли быть приведены в жидкое состояние, знаменитый химик решился сказать:
„Если бы земля попала внезапно в среду с очень низкой температурой, подобной, например, температуре Юпитера или Сатурна, — вода, которая ныне образует наши реки и моря и, вероятно, значительное большинство из известных нам жидкостей превратились бы в горы и твердые скалы. В этом случае воздух или, по крайней мере, часть газов, его составляющих, изменили-бы свое состояние, превратившись в жидкость из невидимого газа, который существует благодаря нахождению в среде с достаточно высокой температурой, при этом переходе воздуха из одного состояния в другое образовались бы новые, доселе даже не предугадываемые, жидкости».
Таким образом, начиная сЛавуазье, утверждается мнение, что три состояния вещества — твердое, жидкое и газообразное представляют собой последовательный ряд, при чем каждое из состояний находится в зависимости от температуры окружающей среды.
Современная наука подтвердила для всех тел, по крайней мере, не разлагающихся при нагревании, полную закономерность и общность этого заключения.
Без каких-либо других предисловий, перейдем теперь к изучению вопроса о сжижении газов, предварительно вспомнив все те законы, которым подчиняется как испарение жидкостей, так и сгущение их паров.
Упругость паров жидкостей. — Пары насыщенные и ненасыщенные.
На рис. 1 изображена барометрическая трубка, заполненная ртутью и погруженная своим открытым концом в сосуд со ртутью же. При этом в пространстве Е образуется пустота; известно, что по высоте ртутного столба АВ (приблизительно 760 мм) определяется атмосферное давление. Введем в барометрическую трубку при помощи загнутой пипетки несколько капель какой-нибудь жидкости: воды, спирта и т. д. Эта жидкость, достигнув свободной поверхности ртути, испарится в пустом пространстве Еу и мы увидим, что уровень ртути, под влиянием образовавшихся паров, понизится от первоначального уровня В до нового уровня С (рис. 2). Высота ВС определяет силу упругости или давление образовавшихся паров при тех условиях, при которых производится опыт. При производстве этого опыта возможны 2 варианта:
1) В трубку вводится жидкость в избыточном количестве; в этом случае испарится только часть этой жидкости. В барометрическом
пространстве Е будет содержаться то максимальное количество паров, которое оно может вместить, т. е. пар будет, как принято называть, г насыщенным. Понижение уровня ртути в этом случае будет максимальным и интересно отметить, что это понижение при данной температуре является величиной строго определенной и постоянной, независимо от количества излишка жидкости, введенного в трубку. Можно сказать, что упругость насыщенного пара при определенной температуре является постоянной физической величиной и характеризует жидкость в такой же степени, как ее характеризуют плотность или точка кипения.
2) Введенная в трубку жидкость испаряется полностью, следовательно, количество ее оказалось недостаточным для образования того количества пара, которое может вместиться в трубку. В данном случае степень понижения уровня ртути не будет представлять собой определенной величины, как это было в первом случае, и будет зависеть от количества введенной жидкости. И совершенно ясно, что если было введено незначительное количество жидкости, то и понижение уровня ртути будет незначительным.
Таким образом, давление ненасыщенного пара не представляет собою определенной величины и может изменяться в зависимости от количества введенной жидкости в пределах рИс. 1, 2 и 3.
К сущности понятия ненасыщенного пара мы должны отнестись с должным вниманием, ибо, как впоследствии узнаем, газы представляют собою явление того же порядка, т. е. являются ненасыщенными парами.
Изменения упругости паров различных жидкостей в зависимости от свойств последних и их температуры.
Упругость паров различных жидкостей при равной температуре тем больше, чем более летучи эти жидкости. Так, например, упругость паров воды при 20е равна 17,4 мм, т. е., иначе говоря, при 20° уровень столбика ртути (в барометрической трубке) понижается при введении в трубку воды на 17,4 мм; упругость паров обыкновенного спирта при той же температуре равна 44 мм, паров древесного спирта — 95 мм и паров эфира — 442 мм; последовательность этих цифр одновременно показывает нам и порядок летучести этих жидкостей.
С другой стороны, упругость паров «одной и той же жидкости быстро возрастает при увеличении температуры. Попробуем постепенно подогревать нашу барометрическую трубку Э- под влиянием все увеличивающегося испарения жидкости, пары которой поднимаются над ртутью, уровень последней будет понижаться с возрастающей скоростью и упругость водяных паров при 30° будет равна 31,5 мм, при 50° — 92 мм и при 75° — 288,5 мм.
Продолжая повышение температуры, мы увидим, что понижение уровня ртути еще ускорится, и в определенный момент (рис. 3), под влиянием насыщенного пара жидкости (которая находится в трубке все время в избыточном количестве), уровень ртути, находящейся в барометрической трубке, дойдет до уровня ртути в сосуде А (рис. 3), Очевидно, в этот момент упругость паров будет точно уравновешивать атмосферное давление и будет, следовательно, равна 760 мм.
Если в этот момент измерим температуру, то увидим, что она равна 100°, т. е. температуре кипения воды при атмосферном давлении. Это чрезвычайно интересное явление мы формулируем сле^ дующим образом:
Температура кипения жидкости при атмосферном давлении является вместе с тем и той температурой, при которой упругость паров этой жидкости равна одной атмосфере.
Все законы природы имеют свой глубокий смысл, но нам так редко представляется возможность их разгадывать, что каждый такой случай следует отмечать. Здесь мы имеем этот случай. Как очень
9 Для этого следует барометрическую трубку, показанную на рис. 1 — 3 и 5 — 13г прикрыть стеклянной муфтой, и между внутренней стенкой муфты и внешней стенкою трубки прогонять воду или какую-либо другую жидкость, нагретую до желаемой температуры.
хорошо известно, только тогда начинают образовываться в жидкостгг пузыри, наблюдаемые обыкновенно при кипении, когда пары получают возможность своей упругостью уравновешивать атмосферное давление, действующее на жидкость.
До того момента, пока упругость паров не достигнет этой величины, не могут образовываться пузырьки пара, и мы наблюдаем только медленное поверхностное испарение, но не кипение.
Теплота испарения.
Рассмотрим явления, происходящие при нагревании жидкости в открытом сосуде. Известно, что температура этой жидкости будет беспрерывно подниматься до тех пор, пока не будет достигнута точка кипения, после чего повышение температуры сразу приостановится, как бы ни был силен источник нагревания. Изменение физического состояния жидкости, с одной стороны, и, с другой стороны, громадное увеличение ее объема, происходящее во время парообразования с преодолеванием противодействия атмосферного давления, требуют затраты значительной энергии, которая получается за счет значительного поглощения тепла. Некоторое отдаленное представление о количестве тепла, затрачиваемого при парообразовании, дает нам то ощущение холода, которое испытывает на себе всякий, вы-ходя из ванны, когда происходит медленное испарение воды, остав шейся на теле.
До того момента, пока нагреваемая нами жидкость не закипела, слабое поверхностное испарение вызывает соответственно слабое поглощение тепла, и почти все тепло, выделяемое источником нагревания, расходуется на постепенное нагревание жидкости. С того же момента, когда началось кипение, поглощение тепла для образования паров становится громадным, и все тепло нагревателя, независимо от его мощности, уходит на процесс парообразования.
Количество тепла, необходимое для превращения в пар одной весовой единицы кипящей жидкости, называется теплотой испарения. По Реньо (Regnaul t) для воды при 100° она равна 537 калорий на 1 т. Количество, поистине, колоссальное!
А ведь эта цифра обозначает, что вода, уже нагретая до 100°, без дальнейшего повышения температуры при переходе из жидкости в газ той же температуры, поглощает количество тепла почти в 5,5 раз большее, чем то, которое было поглощено водой для перехода от температуры таяния льда к температуре кипения. В этом отношении, как и во многих других, вода представляет собою особенную жидкость;.
это видно из нижеследующей таблицы, в которой указаны температуры.кипения и теплоты испарения различных жидкостей.
Необходимость холода для существования сжиженных газов при атмосферном давлении. Заметим, что в открыток сосуде невозможно нагреть жидкость выше ее точки кипения, так как усилением нагревания мы можем вызвать только более бурное кипение, но не превысить температуру кипения. Другими словами, ни одна химически чистая жидкость не может в нормальных условиях существовать под давлением атмосферы при температуре, превышающей точку кипения данной жидкости х).
Если правильны заключения физиков, рассматривающих газы, как пары чрезвычайно летучих жидкостей, то эти газы уже при очень низких температурах обладают необходимой для кипения упругостью, равной одной атмосфере, и вследствие этого эти жидкости могут существовать под давлением атмосферы только при очень низких температурах.
Таким образом, мы постигаем сущность той роли холода для сжижения газов, которую предсказал Лавуазье. В том, насколько велико значение холода, мы убедимся далее, когда увидим, что во всех случаях, единственное обстоятельство, достаточное само по себе для достижения сжижения во всех случаях, это действие холода: ни один газ, даже гелий, не сможет противостоять достаточному холоду. Нет никакого сомнения, что физики, занимавшиеся этой интересной проблемой, очень приблизились бы к решению ее, если бы приняли это положение.
Правда, получение очень низких температур могло бы им показаться одним из наибольших затруднений в физике. Но увеличив свои усилия — а поставленная проблема достойна этого — нет никакого сомнения, что, вследствие большого прогресса физики, они открыли бы те удивительно простые способы, которые служат нам сейчас для получения глубокого холода.
) Присутствие в жидкости посторонних примесей и, в особенности, растворенных солей может заметно повышать точку кипения. Иногда получается явление неустойчивого равновесия, называемое „перегревом» жидкости.
Влияние давления на температуру кипения.
а) Уменьшение давления. Мы только что видели, что при нагре-вании какой-либо жидкости под давлением атмосферы, кипение начинается в тот момент, когда постепенно увеличивающаяся упругость-паров достигает величины, уравновешивающей атмосферное давление.
Уменьшим действующее на жидкость давление, поместив ее в закрытый сосуд, из которого частично выкачан воздух; ясно, что более низкая упругость пара при низшей температуре сможет преодолеть существующее уменьшенное давление и тем самым вызвать кипение: температура кипения при этих условиях окажется ниже
нормальной, й чем совершеннее пустота в сосуде, заключающем- нашу жидкость, тем температура кипения соответственно ниже.
Сама природа в некоторых случаях подтверждает правильность изложенного. На вершинах гор, например, мы имеем давление ниже атмосферного, при чем понижение давления равно давлению столба воздуха от подошвы горы до ее вершины. При восхождении С о с с ю р а на Монблан, знаменитого альпиниста поразило то обстоятельство, что на обледенелой вершине альпийского колосса, он с большим трудом мог сварить в кипящей воде яйца вкрутую, — настолько была там понижена температура кипения воды.
Вот другой, еще более разительный пример!
При действии воздушного насоса, постепенно увеличивающего разрежение в сосуде с водой, температура кипения воды может упасть ниже точки замерзания: при таких условиях яйца вкрутую становятся в действительности мифом! А ведь для хорошего воздушного насоса не представляет особой трудности поддерживать над жидкостью,, заключенной в закрытый сосуд, давление в 1-2 мм\ и так как при 0° упругость паров воды равна 4,6 лш, то, очевидно, вода при этой температуре и при указанном давлении должна закипеть, так как упругость паров воды в этих условиях значительно превосходит давление, существующее в сосуде.
Холодильные машины, построенные на принципе испарения. Из сказанного очевидно, что испарение, происходящее в описанных условиях может служит источником очень значительного охлаждения.
Если, например, соединить сосуд, наполненный водой, с вакуум-насосом достаточной мощности и заставить последний работать, то по истечении некоторого времени вода бурно закипит, так как наступит момент, когда при той температуре, при которой находится вода, упругость ее паров превысит то уменьшенное давление, которое поддерживается действием насоса. Так как в данном случае теплота, поглощаемая испарением (стр. 11) и уходящая вместе с парами, доставляется не каким-либо посторонним источником, а заимствуется из самой жидкости, то последняя довольно быстро охлаждается; ввиду того, что давление поддерживается беспрерывно действующим насосом ниже упругости пара, несмотря на уменьшение последней по мере понижения температуры жидкости, то кипение будет продолжаться, охлаждение усиливаться, и благодаря этому в определенный момент жидкость превратится в твердое тело.
Этот красивый опыт послужил основанием при конструировании -ледоделательных. машин. Так, например, в ледоделательной машине Карре в основание положен принцип поглощения паров воды серной кислотой (жадность, с которой вода соединяется с серной кислотой общеизвестна). Тот же принцип заложен в исключительной машине, настоящего борца за здравый смысл, знаменитого инженера Леблана, в которой выполнение работы по замораживанию воды было возложено. на струю пара. Эта струя пара, посредством инжектора Ж и ф ф а р а создавала разрежение воздуха и великолепно действовала в моделях, построенных фирмой Вестингауз, экономично замора живая десятки центнеров в час!
Таким образом, мы видим, что если при помощи воздушного насоса поддерживать определенное разрежение над жидкостью, последняя быстро доходит до температуры, при которой упругость пара приблизительно равна пониженному давлению, поддерживаемому воздушным насосом, и, пока упругость пара превышает давление, жидкость кипит и при этом продолжает охлаждаться. Если же жидкость очень летуча, т. е. если пары ее до самых низких температур имеют достаточную упругость, то эти низкие температуры могут быть получены путем простого испарения такой жидкости в вакууме.
Так, например, серный эфир, упругость паров которого при — 40° еще превышает 5 мм, может быть охлажден ниже этой температуры, путем простого испарения под давлением в 5 мм 1).
Но вместо того, чтобы получать в сильно разреженной атмосфере очень низкую температуру путем испарения очень летучей жидкости, часто имеет смысл получать не столь уж низкую температуру, пользуясь для этого и не слишком сильным разрежением. Возьмем для примера тот же серный эфир, упругость паров которого при — 10° равна 111 мм; эта довольно низкая температура может быть легко достигнута испарением жидкости при сравнительно незначительном разрежении, которое без особого труда создадут воздушные насосы значительно менее мощные и менее сложные, чем те, которые понадобились бы для воды.
Можно легко себе представить, что для разрежения пара до давления, например, 2 мм ртутного столба нужно будет затратить значительную работу, и для получения положительных результатов потребуются насосы огромных объемов.
Испарение летучих жидкостей сделалось в настоящее время наиболее распространенным способом, применяемым для получения холода и этот принцип используется в очень широких масштабах в практике холодильного дела в тысячах машин: как например, в машинах с хлористым метилом, сернистым ангидридом, аммиачных, углекислотных и т. д.
б) Действие повышения давления. Мы уже видели, что с уменьшением давления, под которым находится жидкость, понижается температура ее кипения. Наоборот, будем увеличивать давление: мы увидим, что для того, чтобы сообщит парам этой жидкости упругость, преодолевающую это давление, нам придется нагреть жидкость выше той температуры, чем это понадобилось бы при нормальных условиях. И чем больше будет давление, тем выше будет температура кипения.
Вот почему в паровых котлах вода при давлении в 15 атмосфер закипает только при 199°, а в котле автомобилей Серполлет, где давление часто доходит до 50 атмосфер, температура кипения поднимается до 265°. Очевидно, с небольшими познаниями некоторых законов природы можно расплавлять в воде не только олово, но и свинец!
Заметим, что то повышенное давление, которое следует приложить к нагреваемой жидкости, для повышения ее температуры кипения, образует сама жидкость, если только последняя заключена в закрытом сосуде. Очевидно, что в этом случае над поверхностью жидкости автоматически устанавливается давление, равное в каждый данный момент упругости скопляющихся над жидкостью паров.
Следует заметить, что при этих условиях, которые аналогичны тем, которые существуют в паровом котле при разведении паров, кипение воды не может начаться до тех пор, пока не выпустят часть пара. Упругость пара в данном случае соответствует испытанному жидкостью давлению, и последнее, вследствие этого, не может быть преодолено. Пока тепло, доставляемое топкой, не удаляется с расходуемым паром, оно почти полностью уходит на нагревание жидкости; при этом температура подымается довольно быстро, а одновременно с температурой жидкости возрастает упругость ее паров, а вследствие этого и давление. И только тогда, когда давление уже значительно повышено, выпуская часть пара и понижая тем самым давление, создают вследствие этого условия, при которых упругость пара несколько превышает давление, что дает возможность начаться кипению. Тогда давление перестает повышаться, так как тепло, доставляемое топкой, расходуется вместе с уходящим паром.
Нижепомещенная таблица, составленная R е g n a u 11, показывает те громадные колебания температуры кипения воды, которые находятся в зависимости от давления. Собственно говоря, при составлении этой таблицы преследовалась цель указать упругость паров воды при соответствующих температурах; но мы знаем уже, что эти величины (упругость пара и температура кипения) связаны между собою, и что кипение начинается в тот момент, когда разность между испытываемым жидкостью давлением и упругостью ее паров становится бесконечно малой.
Эти данные графически изображены на рис. 4. На этой же диаграмме нанесены соответствующие кривые и для других жидкостей и чрезвычайно интересно отметить, что эти кривые, отклоняясь одна от другой в зависимости от температуры, обращают на себя внимание однородностью своего характера.
Мы подробнее остановимся на этом, при рассмотрении работ Вандер-Ваальса (глава V).
Возможность использования давления вместо охлаждения при получении некоторых сжиженных газов. Мы уже видели (стр. 12), что существование какой-либо жидкости на открытом воздухе невозможно при температуре выше точки кипения данной жидкости; из этого мы сделали вывод, что газы представляют собою пары гипотетических жидкостей, могущих существовать на открытом воздухе только при очень большом холоде, а отсюда, получение чрезвычайно низких температур могло нам казаться неизбежной необходимостью для сжижения газов.
Мы уже видели, что повышение давления является тем средством, которое дает возможность поднимать температуру жидкости выше — и даже значительно выше — ее точки кипения при атмосферном давлении. Это положение, которое нам кажется сейчас чрезвычайно простым, дало ученым прошлого века много успехов, но в то же время было причиной многих бесплодных усилий.
Рис. 4. Диаграмма изменения упругости паров в зависимости от температуры.
I — хлористый метил, II-сернистый ангидрид, III — эфир, IV — вода.
Предположим, что имеем гипотетическую жидкость соответствующую какому-нибудь определенному газу: естественно, что эта жидкость под атмосферным давлением существует только при очень низкой температуре; но если мы эту жидкость заключим в закрытый сосуд, то сможем подвергнуть ее нагреванию и повысившееся при этом давление поднимет и температуру ее кипения. Если наш опыт продолжить до получения значительных, а в случае необходимости и громадных давлений, то нет видимых оснований предполагать, что мы не сможем поднять таким образом температуру нашей жидкости до температуры окружающей среды. Существование подобной жидкости при температуре окружающей среды не было бы невозможным, если бы она сохранялась под достаточным давлением, и отсюда можно понять, что помимо всякого охлаждения достаточно настоящий газ надлежащим образом подвергнуть повышенному давлению, чтобы вызвать его сжижение.
Сейчас мы увидим смысл этого заключения; мы увидим, повторяю, все удовлетворение, но также и разочарование, которое оно принесло ученым; но. прежде всего установим, что такое „надлежащие» условия для сжижения.

Источник

Вам также может понравиться

Ясень семена способ распространения

Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической

Ярлыки способы создания ярлыков ос windows

Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки

Японское удобрение фуджима способ применения

Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка

Японский чай способ заварки

Технология заваривания японского чая Известно, что