Lennard-Jones 流体中凝结与沸腾的等价性

凝结与沸腾是与工业、地质学或大气科学高度相关的相变过程。这些相变分别由过饱和蒸气中液滴的成核和过度拉伸液体中气泡的成核引发。液相与气相之间的表面张力是此类成核阶段发展的关键参数。虽然平坦界面的表面张力易于测量，但获取弯曲核界面上的表面张力存在技术和概念上的限制。在技术方面，实验中观察临界核相当困难。从概念角度看，界面自由能依赖于分割面的选择，其中与张力相关的表面才是成核相关的表面。我们通过执行 Lennard-Jones 流体的模拟来规避技术限制，在其中我们平衡了临界核（液滴和气泡）。关于概念障碍，我们通过寻找半径来找到相关的团簇尺寸，该半径与经典成核理论结合时能正确预测成核速率和成核自由能垒。借助此种团簇尺寸定义，我们发现给定半径的液滴和气泡具有相同的表面张力值。因此，凝结和沸腾可被视为同一枚硬币的两面。最后，我们结合来自液滴和气泡的数据，通过两条不同路径获得 Tolman 长度的估计值，该参数可在理论框架中描述表面张力的曲率依赖性。