32725

Понятие фазы. Фазовые переходы 1 и 2 рода. Фазовые диаграммы. Тройная точка

Доклад

Физика

Понятие фазы. В однокомпонентной системе разные фазы могут быть представлены различными агрегатными состояниями или разными полиморфными модификациями вещества. В многокомпонентной системе фазы могут иметь различный состав и структуру. Основные понятия Газ всегда состоит из одной фазы жидкость может состоять из нескольких жидких фаз разного состава Ликвация жидкостная несмешиваемость но двух разных жидкостей одного состава в равновесии сосуществовать не может.

Русский

2013-09-05

57 KB

129 чел.

57.Понятие фазы. Фазовые переходы 1 и 2 рода. Фазовые диаграммы. Тройная точка.

Термодинамическая фаза — термодинамически однородная по составу и свойствам часть термодинамической системы, отделенная от других фаз поверхностями раздела, на которых скачком изменяются некоторые свойства системы. Другое определение: Фаза — гомогенная часть гетерогенной системы. В однокомпонентной системе разные фазы могут быть представлены различными агрегатными состояниями или разными полиморфными модификациями вещества. В многокомпонентной системе фазы могут иметь различный состав и структуру.

Основные понятия

Газ всегда состоит из одной фазы, жидкость может состоять из нескольких жидких фаз разного состава (Ликвация, жидкостная несмешиваемость), но двух разных жидкостей одного состава в равновесии сосуществовать не может. Вещество в твердом состоянии может состоять из нескольких фаз, причем некоторые из них могут иметь одинаковый состав, но различную структуру (полиморфные модификации, аллотропия).

Разные фазы обладают различными вариантами упаковки молекул (для кристаллических фаз, различными кристаллическими решетками), и, следовательно, своими характерными значениями коэффициента сжимаемости, коэффициента теплового расширения и прочими характеристиками. Кроме того, различные фазы могут обладать разными электрическими (сегнетоэлектрики), магнитными (ферромагнетики), и оптическими свойствами (например, твёрдый кислород).

Термодинамические фазы на фазовой диаграмме





Типичные виды фазовых диаграмм. Зелёная линия из точек показывает аномальное поведение воды

На фазовой диаграмме вещества различные термодинамические фазы занимают определённые области. Линии, разделяющие различные термодинамические фазы, называются линиями фазового перехода. Если вещество находится в условиях, отвечающих точке внутри какой-либо области, то оно полностью находится в этой термодинамической фазе. Если же состояние вещества отвечает точке на одной из линий фазовых переходов, то вещество в термодинамическом равновесии может находиться частично в одной, а частично в другой фазе. Пропорция двух фаз определяется, как правило, полной энергией, запасённой системой.

При медленном (адиабатическом) изменении давления или температуры вещество описывается движущейся точкой на фазовой диаграмме. Если эта точка в своём движении пересекает одну из линий, разделяющих термодинамические фазы, происходит фазовый переход, при котором физические свойства вещества меняются скачкообразно.

Не все фазы полностью отделены друг от друга линией фазового перехода. В некоторых случаях эта линия может обрываться, оканчиваясь критической точкой. В этом случае возможен постепенный, а не скачкообразный переход из одной фазы в другую, в обход линии фазовых переходов.

Точка на фазовой диаграмме, где сходятся три линии фазовых переходов, называется тройной точкой. Обычно под тройной точкой вещества подразумевается частный случай, когда сходятся линии плавления, кипения и сублимации, однако на достаточно богатых фазовых диаграммах может быть несколько тройных точек. Вещество в тройной точке в состоянии термодинамического равновесия может частично находиться во всех трёх фазах. На многомерных фазовых диаграммах (то есть если кроме температуры и давления присутствуют иные интенсивные величины) могут существовать четверные и т. д. точки.

Термодинамические фазы и агрегатные состояния вещества

Набор термодинамических фаз вещества обычно значительно богаче набора агрегатных состояний, т.е. одно и то же агрегатное состояние вещества может находиться в различных термодинамических фазах. Именно поэтому описание вещества в терминах агрегатных состояний довольно огрублённое, и оно не может различить некоторые физические разные ситуации.

Богатый набор термодинамических фаз связан, как правило, с различными вариантами порядка, которые допускаются в том или ином агрегатном состоянии.

В газообразном состоянии вещество не обладает никаким порядком. Соответственно, в газообразном состоянии любое вещество обладает только одной термодинамической фазой. (Фазовые переходы типа диссоциации молекул или ионизации являются, по определению, переходами одного вещества в другое).

Жидкость обладает ориентационным порядком, но, как правило, не обладает трансляционным порядком . В результате у одной и той же жидкости могут быть разные термодинамические фазы, однако количество их редко превышает единицу. Так, например, существование новой жидкой фазы обнаружено в переохлаждённой воде. Другой, специфический, пример: сверхтекучее состояние в жидком гелии.

Кристаллическое твёрдое тело обладает как трансляционным, так и ориентационным порядком. В результате даже возникает большое число возможных вариантов ориентации соседних молекул друг относительно друга, которые могут оказаться энергетически выгодными при тех или иных давлении и температуре. В результате твёрдые тела обладают, как правило, достаточно сложной фазовой диаграммой.

Классификация фазовых переходов

При фазовом переходе первого рода скачкообразно изменяются самые главные, первичные экстенсивные параметры: удельный объём (т.е. плотность), количество запасённой внутренней энергии, концентрация компонентов и т. п. Подчеркнём: имеется в виду скачкообразное изменение этих величин при изменении температуры, давления и т. п., а не скачкообразное изменение во времени (насчёт последнего см. ниже раздел Динамика фазовых переходов).

Наиболее распространённые примеры фазовых переходов первого рода:

плавление и затвердевание, кипение и конденсация, сублимация и десублимация

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 вторые 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). Описание фазового перехода второго рода как следствие изменения симметрии даётся теорией Ландау. В настоящее время принято говорить не об изменении симметрии, но о появлении в точке перехода параметра порядка, равного нулю в менее упорядоченной фазе и изменяющегося от нуля (в точке перехода) до ненулевых значений в более упорядоченной фазе.

Наиболее распространённые примеры фазовых переходов второго рода:

прохождение системы через критическую точку

переход парамагнетик-ферромагнетик или парамагнетик-антиферромагнетик (параметр порядканамагниченность)

переход металлов и сплавов в состояние сверхпроводимости (параметр порядка — плотность сверхпроводящего конденсата)

переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние (п.п. — плотность сверхтекучей компоненты)

переход аморфных материалов в стеклообразное состояние

Современная физика исследует также системы, обладающие фазовыми переходами третьего или более высокого рода.

В последнее время широкое распространение получило понятие квантовый фазовый переход, т.е. фазовый переход, управляемый не классическими тепловыми флуктуациями, а квантовыми, которые существуют даже при абсолютном нуле температур, где классический фазовый переход не может реализоваться вследствие теоремы Нернста.

Тройная точка — точка на фазовой диаграмме, где сходятся три линии фазовых переходов. Тройная точка — это одна из характеристик химического вещества. Обычно тройная точка определяется значением температуры и давления, при котором вещество может равновесно находится в трёх (отсюда и название) агрегатных состояниях — твёрдом, жидком и газообразном. В этой точке сходятся линии плавления, кипения и сублимации.

В более общем случае могут рассматриваться и другие фазы вещества, не соответствующие различным агрегатным состояниям. На достаточно богатых фазовых диаграммах может быть несколько тройных точек. Вещество в тройной точке в состоянии термодинамического равновесия может частично находиться во всех трёх фазах. На многомерных фазовых диаграммах (то есть если кроме температуры и давления присутствуют иные интенсивные величины) могут существовать четверные и т. д. точки.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33255. Эффективность работы персонала 42.5 KB
  К ним следует отнести такие характеристики как социальнопсихологический климат в коллективе наличие деловой рабочей атмосферы дизайн и чистоту помещений для персонала качество оформления документов отсутствие сбоев и ошибок в работе. Выше мы рассматривали совокупность социальных показателей эффективности работы персонала. В их составе такие показатели как текучесть персонала уровень трудовой дисциплины соотношение рабочих и служащих надежность работы персонала равномерность загрузки персонала коэффициент трудового участия...
33256. Вопросы по менеджменту (Госы) 789.28 KB
  Демократизация управления путь повышения эффективности организации. Характеристика основных функций управления. Постановка вопроса о методах управления. Характеристика методов управления.
33257. Экономические и социальные критерии эффективности управленческих решений 82 KB
  Зависит от стоимости рабочей силы и цены товара Частота производственного травматизма Отношение числа случаев производственного травматизма к общей численности персонала Характеризует состояние охраны труда и техники безопасности Фиксирует только явные случаи производственного травматизма.дни Отношение суммарных потерь времени изза болезни простоев и неявок к общей численности персонала Показывает резервы эффективности в использовании труда персонала Не фиксирует внутрисменные потери рабочего...
33258. Организационные структуры управления 131 KB
  Организационная структура это состав и соподчиненность взаимосвязанных звеньев управления. Организационная структура управления состоит из совокупности взаимосвязанных звеньев управления. Звено управления самостоятельная часть организационной структуры на определенной ступени уровне состоящая из аппарата управления и производственных подразделений.
33259. Социально-психологические методы управления 59.5 KB
  Лидерство и власть. Лидеры используют власть как средство в достижении целей группы или организации. Если лидеры достигают цели то власть как средство Используется ими для ускорения этого достижения. В чем же различие между лидерством и властью Важное различие относится к совместимости целей.
33260. Характеристика основных правовых форм организации 114 KB
  Характеристика органов управления ИЧП показана в табл. Характеристика органов управления индивидуальным и семейным частным предприятием Наименование органов управления Численность и сроки избрания Кто формирует Основные функции Кого назначает избирает Владелец собственник предприятия законодательный орган ИЧП 1 человек до ликвидации предприятия Владелец учредитель предприятия Принятие и утверждение устава определение уставного фонда утверждение планов и отчетов стратегия развития предприятия создание и ликвидация предприятия...
33261. Функционирование организации: понятие, и этапы жизненного цикла организации. Управление развитием организацией 52 KB
  Управление развитием организацией В менеджменте широко распространено понятие жизненного цикла организации под которым понимаются ее предсказуемые изменения с определенной последовательностью состояний в течение времени. Один из вариантов жизненного цикла организации на соответствующем временном отрезке предусматривает следующие этапы представленные на рис. Развиваются инновационные процессы предыдущего этапа формируется миссия организации.
33262. Сущность, задачи, особенности стратегического менеджмента 38.5 KB
  Методы стратегического менеджмента: метод системного подхода метод стратегической диагностики метод экспертных оценок метод стратегического анализа метод экономической и математической статистики Объект СМ фирма как открытая система Процесс стратегического планирования является инструментом который помогает руководству фирмы принимать правильные стратегические решения и корректировать в соответствии с ними повседневную жизнь организации. Схема стратегического планирования состоит из этапов: Преднамеренная стратегия называемая...
33263. ПРОЦЕСС РАЗРАБОТКИ СТРАТЕГИИ 76.5 KB
  СТЕПанализ Социодемографические воздействия Анализ социального окружения затрагивает вопросы связанные с пониманием роли общества и социальных перемен в жизни организации ее отрасли и рынков. Оно выступает в роли собственника или влияет на национализированные отрасли производства. Правительства некоторых стран контролируют ключевые стратегические отрасли причем способы контроля могут иметь эффект толчка резонанса в других экономических районах страны; международная политика. Анализ конкурентного окружения Отрасли и рынки Отрасли...