p-V-T關係，物質在平衡狀態下壓力(p)－體積(V)-溫度（T）之間的相互關係的簡稱。
基本介紹
- 中文名：p-V-T關係
- 所屬學科：物理
解釋
這三個變數之間存在一定的關係，如物質體積的熱脹冷縮和隨壓力增加而減小，這都是人們所共知的現象。在化工熱力學中，需要對各種物質特別是對流體（氣體和液體的統稱）的p－V-T關係進行定量研究。其目的之一是直接利用p-V-T數據，對已知溫度、壓力的流體作質量與體積的互算，進而用於計算流體的流量、輸送管道、反應器等的幾何尺寸。其目的之二是利用p－V-T關係計算某些不能直接測定的熱力學性質如焓、熵、逸度等，進而作熱力學過程的熱功計算或相平衡計算、化學平衡計算。一定量純物質的p－V-T關係常在三維直角坐標系中表示，稱作p-V-T關係立體圖。
典型p－V－T關係立體圖 一定量純物質在平衡狀態下的p-V-T關係，在以p、Vm(摩爾體積)和T為坐標軸的空間形成曲面（圖1），它表明在p、Vm、T三個變數中確定了任何兩個變數之後，第三個變數即可隨之確定，並可從圖中曲面讀出其數值。曲面的不同部位可以表示不同的相，包括單相或兩相共存，甚至三相共存。
當物質的p、Vm、T數值落在單相區時，系統中只能存在一個相(氣相、液相或固相)；當p、Vm、T數值落中兩相區時，系統就為兩相(汽液、汽固或液固)共存；當物質的p、Vm、T數值恰好落在三相共存線上時，系統就為汽液固三相共存。圖中的LCV是汽液共存面。
通過此面的O點，作等溫面或等壓面與LCV面相交於L′OV′線，L′和V′分別代表平衡時的液相和汽相。兩相的溫度、壓力與O點相同，但摩爾體積不等。液相摩爾體積小，汽相摩爾體積大。汽相與液相的相對量則取決於O點的具體位置，O點越接近L′點，液相量越多。隨溫度升高，汽液共存線趨短，結束於C點，此點稱為臨界點。在此點，汽相與液相的差別消失。溫度高於C點之值時，不可能再出現象LCV面上所代表的那種汽液兩相共存的狀態。
C點所在位置的壓力、體積和溫度，分別稱為臨界壓力pC、臨界體積VC和臨界溫度TC。在臨界點上，p對V的一階偏導數和二階偏導數均為零，即。當溫度低於臨界溫度時，流體（如V″點）被等溫加壓後，便經過V′L′轉變為液體（如L″點）；當溫度高於臨界溫度時，流體經等溫加壓，就不可能出現液化現象。因此，將低於臨界溫度的流體稱為蒸氣，簡稱汽，將高於臨界溫度的流體稱為氣體或超臨界流體（常指壓力較高時的氣體，它具有較大的分子擴散係數和密度，以及較小的粘度）。
三個兩相共存面相交於SLV線，當p、Vm、T數值恰好落在此線上時，系統中汽液固三相共存，V、L、S三點分別代表汽相、液相和固相。三個相的溫度和壓力雖然相等，但它們的摩爾體積各不相同。在實際套用中，p-V-T關係常用p-Vm為坐標軸的平面圖來表示，這種圖稱為p-V圖（圖2）。圖中的虛線是等溫線，圖上的臨界點C，各共存區和各單相區均可與p-V-T圖對照。p-V-T關係的數學描述 p－V－T關係的基礎數據須由實驗測得。為了便於套用，常將實驗數據關聯成某種形式的數學方程，即狀態方程。為滿足工程計算的需要，還利用對應態原理建立了各種普遍化的p-V-T關係，如普遍化壓縮因子圖和普遍化狀態方程，它們可近似套用於缺乏實驗數據的物質。
