Фазовые переходы.Ур-ие К-К. Диаграммы состояний.
Фазовые переходы.
Фаза – макроскопическая физически однородная часть вещества, отделенная от
остальных частей системы границами раздела, так что она может быть извлечена из
системы механическим путем.
Фазовый переход - -переход вещества из одной термодинам. фазы в другую при
изменении внешних условий
Фазовые переходы I и II рода.
Фазовые превращения, при которых первые производные функции меняются
скачкообразно, называются фазовыми переходами первого рода. скачкообразно
изменяются самые главные, первичные параметры: плотность, количество запасённой
внутренней энергии, концентрация компонентов и т. п. Имеется в виду
скачкообразное изменение этих величин при изменении температуры, давления и т.
п., а не скачкообразное изменение во времени. Наиболее распространённые примеры
фазовых переходов первого рода: плавление и затвердевание, кипение и
конденсация, сублимация и десублимация.
Фазовые превращения, при которых первые производные той же функции остаются
непрерывными, а вторые производные меняются скачкообразно, называются фазовыми
превращения второго рода. При фазовом переходе второго рода плотность и
внутренняя энергия не меняются, так что невооружённым глазом такой фазовый
переход может быть незаметен. Скачок же испытывают их производные по температуре
и давлению: теплоёмкость, коэффициент теплового расширения, различные
восприимчивости и т. д. Фазовые переходы второго рода происходят в тех случаях,
когда меняется симметрия строения вещества (симметрия может полностью исчезнуть
или понизиться).
Уравнение Клайперона-Клаузиуса.
Ради определенности будем иметь в виду процессы испарения и конденсации.
Состояние вещества будем изображать точкой на плоскости ТР.
На линии DK удельные термодинамические потенциалы жидкости и пара одинаковы,
здесь эти фазы находятся в равновесии друг с другом. Каждая точка линии DK
изображает либо жидкость, либо ее пар, либо смесь этих фаз в любых пропорциях.
Кривая DK называется кривой равновесия жидкости и ее насыщенного пара или кривой
испарения. Точки, лежащие левее кривой испарения DK, изображают жидкое состояние
вещества, а точки, лежащие правее этой кривой, — газообразное состояние.
Допустим теперь, что давление на изобаре выше критического, т. е. изобара А'В'
проходит выше критической точки К. Тогда при изобарическом нагревании или
охлаждении никаких превращений жидкости в пар или обратно не произойдет. Поэтому
кривая испарения DK должна оканчиваться сверху в критической точке К.
Теплота q называется удельной теплотой испарения. В общем случае она называется
удельной теплотой фазового превращения. Например, говорят о теплоте плавления,
теплоте возвозгонки и пр. Смысл этих терминов не требует пояснений.
Это важное соотношение называется уравнением Клапейрона-Клаузиуса. Оно
справедливо не только для испарения, но и для других фазовых превращений,
сопровождающихся выделением или поглощением теплоты, например для плавления,
сублимации и пр.
Диаграмма состояний
Здесь кривая испарения 12, кривая равновесия твердой и жидкой фаз -23(кривая
плавления). Кривая плавления пересекается с кривой испарения в точке А,
называемой тройной точкой. Через тройную точку должна проходить и кривая
сублимации 31. Таким образом, три фазы могут находиться в равновесии друг с
другом в тройной точке, при вполне определенных значениях температуры и
давлении. B - точка плавления, С – точка испарения, D – точка сублимации.