a) chuyển động dao động, b) chuyển động sóng, c) chuyển động khố
2.2. Các trạng thái tổ hợp của nước và sự chuyển pha
Trong các điều kiện tự nhiên nước được thấy ở ba trạng thái: rắn (băng và tuyết), lỏng (nước thực sự) và dạng khí (hơi nước). Những trạng thái này của nước gọi là những trạng thái tổ hợp hay còn gọi tuần tự là các pha rắn,
lỏng và khí. Nước là vật thể vật lý duy nhất trên trái đất cùng lúc tồn tại trong ba trạng thái tổ hợp.
Sự biến đổi trạng thái tổ hợp của một chất gọi là sự biến đổi (chuyển) pha. Trong trường hợp chuyển pha, các tính chất của chất (thí dụ mật độ) biến đổi một cách đột biến. Chuyển pha đi kèm với tách ra hay hấp thụ năng lượng, gọi là nhiệt lượng chuyển pha, hay ẩn nhiệt. Građien độ ẩm, thường được thể hiện dưới dạng áp suất riêng phần của hơi nước, là nhân tố điều chỉnh hướng và cường độ của các quá trình trao đổi ẩm lượng. Thí dụ, nếu tại biên phân cách nước - không khí mà áp suất riêng phần của hơi nước làm bão hòa không gian tại áp suất khí quyển và nhiệt độ mặt nước vượt trội áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí, thì diễn ra sự bốc hơi. Nếu građien độ ẩm hướng về phía ngược lại - ngưng tụ nước từ không khí xuống mặt nước.
Trong trường hợp tổng quát, sự biến đổi nước từ một pha này sang pha khác là do sự biến đổi của nhiệt độ và áp suất. Mối phụ thuộc của trạng thái tổ hợp của nước vào hai tham số đã nêu được gọi là biểu đồ trạng thái của nước hay biểu đồ pha (hình 2.1).
Hình 2.1. Biểu đồ trạng thái của nước
Đường cong BBO trên hình 2.1 có tên là đường cong nóng chảy. Khi chuyển qua đường cong này từ trái sang phải diễn ra sự tan băng, còn từ phải sang trái - tạo băng (sự tinh thể hóa nước). Đường cong OK gọi là đường cong tạo hơi. Khi chuyển qua đường cong này từ trái sang phải sẽ thấy sự sôi của nước, còn từ phải sang trái - ngưng tụ hơi nước. Đường cong AO gọi là
đường cong thăng hoa. Khi chuyển qua đường cong này từ trái sang phải diễn ra sự bốc hơi băng (thăng hoa), còn từ phải sang trái - ngưng tụ hơi nước thành pha rắn (hóa rắn).
Tại điểm , ứng với áp suất 610,6 Pa và nhiệt độ 0,01oC, nước có thể đồng thời ở trong ba trạng thái tổ hợp. Vì vậy điểm này gọi là điểm rẽ ba. Ngoài điểm rẽ ba có thể thấy hai điểm đặc biệt nữa. Tại điểm C, ứng với áp suất Pa và nhiệt độ 100 oC, nước sôi và tại điểm
O
5
10 013
1, K với áp suất
Pa và nhiệt độ 374,2 oC hơi nước chuyển sang trạng thái lỏng bằng cách nén. 7 10 21 2,
Vậy ta đã thấy vai trò quyết định của nhiệt độ trong sự biến đổi trạng thái tổ hợp của nước. Tuy nhiên, biến thiên áp suất ở mức độ nhất định cũng ảnh hưởng tới các quá trình chuyển pha của nước và hành vi của các điểm đặc biệt. Điều này đặc biệt rõ với nhiệt độ đóng băng: trong dải biến thiên áp suất từ 610 đến Pa (1 atm) nhiệt độ đóng băng hơi suy giảm (từ 0,01 đến 0oC), sau đó khi tăng áp suất gần đến Pa (600 atm) nhiệt độ này giảm tới và khi áp suất tiếp tục tăng đến Pa (2200 atm) nhiệt độ đóng băng giảm đến . Khi áp suất rất lớn sẽ tạo thành những “biến thể” đặc biệt của băng (IIVIII) có những tính chất khác với băng bình thường (I). 5 10 013 1, C 5 7 10 6 2 2, 8 10 C 22 2.3. Các đặc trưng vật lý cơ bản của nước biển
Các tham số vật lý cơ bản quyết định trạng thái nước biển là nhiệt độ, áp suất thủy tĩnh và mật độ. Nhưng nếu nhiệt độ và áp suất có thể trực tiếp đo được, thì mật độ không đo được, mà là một hàm số phi tuyến phức tạp của
nhiệt độ, áp suất và độ muối. Về phía mình, độ muối cũng là một đặc trưng gián tiếp và phụ thuộc vào lượng chất hòa tan trong nước. Trên thực tế tất cả các tính chất nhiệt học, động lực học và những tính chất khác của nước biển bị quy định bởi các tham số nêu trên và những đặc điểm của cấu tạo phân tử nước.