74799

Диаграмма фазовых состояний. Тройная точка

Доклад

Физика

Если система является однокомпонентной, т. е. состоящей из химически однородного вещества или его соединения, то понятие фазы совпадает с понятием агрегатного состояния. одно и то же вещество в зависимости от соотношения между удвоенной средней энергией, приходящейся на одну степень...

Русский

2015-01-05

60 KB

1 чел.

39.Диаграмма фазовых состояний. Тройная точка

Если система является однокомпонентной, т. е. состоящей из химически однородного вещества или его соединения, то понятие фазы совпадает с понятием агрегатного состояния. одно и то же вещество в зависимости от соотношения между удвоенной средней энергией, приходящейся на одну степень свободы хаотического (теплового) движения молекул, и наименьшей потенциальной энергией взаимодействия молекул может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном. Это соотношение, в свою очередь, определяется внешними условиями — температурой и давлением. Следовательно, фазовые превращения также определяются изменениями температуры и давления.

Для наглядного изображения фазовых превращений используется диаграмма состояния (рис. 115), на которой в координатах р,Т задается зависимость между температурой фазового перехода и давлением в виде кривых испарения (КИ), плавления (КП) и сублимации (КС), разделяющих поле диаграммы на три области, соответствующие условиям существования твердой (ТТ), жидкой (Ж) и газообразной (Г) фаз. Кривые на диаграмме называются кривыми фазового равновесия, каждая точка на них соответствует условиям равновесия двух сосуществующих фаз: КП — твердого тела и жидкости, КИ—жидкости и газа, КС—твердого тела и газа.

Точка, в которой пересекаются эти кривые и которая, следовательно, определяет условия (температуру Ттр и соответствующее ей равновесное давление ртр) одновременного равновесного сосуществования трех фаз вещества, называется тройной точкой. Каждое вещество имеет только одну тройную точку. Тройная точка воды соответствует температуре 273,16 К (или температуре 0,01°С по шкале Цельсия) и является основной реперной точкой для построения термодинамической температурной шкалы.

Термодинамика дает метод расчета кривой равновесия двух фаз одного и того же вещества. Согласно уравнению Клапейрона — Клаузиуса, производная от равновесного давления по температуре равна

(76.1)

где L теплота фазового перехода, (V2V1) изменение объема вещества при переходе его из первой фазы во вторую, Т— температура перехода (процесс изотермический).

Уравнение Клапейрона — Клаузиуса позволяет определить наклоны кривых равновесия. Поскольку L и Т положительны, наклон задается знаком V2V1 . При испарении жидкостей и сублимации твердых тел объем вещества всегда возрастает, поэтому, согласно (76.1), dp/dT>0; следовательно, в этих процессах повышение температуры приводит к увеличению давления, и наоборот. При плавлении большинства веществ объем, как правило, возрастает, т. е. dp/dT>0; следовательно, увеличение давления приводит к повышению температуры плавления (сплошная КП на рис. 115). Для некоторых же веществ (Н2О, Ge, чугун и др.) объем жидкой фазы меньше объема твердой фазы, т. е. dp/dT<0; следовательно, увеличение давления сопровождается понижением температуры плавления (штриховая линия на рис. 115).

Диаграмма состояния, строящаяся на основе экспериментальных данных, позволяет судить, в каком состоянии находится данное вещество при определенных р и Т, а также какие фазовые переходы будут происходить при том или ином процессе. Например, при условиях, соответствующих точке 1 (рис. 116), вещество находится в твердом состоянии, точке 2 — в газообразном, а точке 3 — одновременно в жидком и газообразном состояниях. Допустим, что вещество в твердом состоянии, соответствующем точке 4, подвергается изобарному нагреванию, изображенному на диаграмме состояния горизонтальной штриховой прямой 4—5—6. Из рисунка видно, что при температуре, соответствующей точке 5, вещество плавится, при более высокой температуре, соответствующей точке 6, — начинает превращаться в газ. Если же вещество находится в твердом состоянии, соответствующем точке 7, то при изобарном нагревании (штриховая прямая 7—8) кристалл превращается в газ минуя жидкую фазу. Если вещество находится в состоянии, соответствующем точке 9, то при изотермическом сжатии (штриховая прямая 9—10) оно пройдет следующие три состояния: газ — жидкость — кристаллическое состояние.

На диаграмме состояний (см. рис. 115 и 116) видно, что кривая испарения заканчивается в критической точке К. Поэтому возможен непрерывный переход вещества из жидкого состояния в газообразное и обратно в обход критической точки, без пересечения кривой испарения (переход 11—12 на рис. 116), т. е. такой переход, который не сопровождается фазовыми превращениями. Это возможно благодаря тому, что различие между газом и жидкостью является чисто количественным (оба эти состояния, например, являются изотропными). Переход же кристаллического состояния (характеризуется анизотропией) в жидкое или газообразное может быть только скачкообразным (в результате фазового перехода), поэтому кривые плавления и сублимации не могут обрываться, как это имеет место для кривой испарения в критической точке. Кривая плавления уходит в бесконечность, а кривая сублимации идет в точку, где p=0 и T=0 К.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78918. Принципы логики социальных наук Поппера 47.5 KB
  Именно поразительный прогресс естественных наук о котором идет речь в моем первом тезисе постоянно напоминает нам о нашем незнании даже в области естественных наук...
78919. Социокультурное и гуманитарное содержание понятие жизни 26.5 KB
  Все его творения происходят из неспособности создать привычными средствами жизни и на основе ее эволюционных законов живое существо которое превосходило бы человека. Шелер называет странной пессимистичной ложной оказывается однако логически строго последовательной если по объяснению автора разделять дух соответственно разум и жизнь как два метафизических начала но при этом отождествлять дух с техническим интеллектом интеллектом лишенным мудрости а ценности жизни делать высшими ценностями. Фазы...
78920. История как одна из форм проявления жизни 28.5 KB
  История как одна из форм проявления жизни. Фазы развития этой болезни жизни которая зовется человеком в структурном отношении те же самые какие проходят все стареющие и умирающие существа: прогрессирующее преодоление жизненной силы посредством автономизации механизмов которые сам организм высвобождает из себя по мере старения. История общества по Зиммелю есть история нарастающей интеллектуализации рационализации социальной жизни и углубления влияния принципов денежных отношений. Анализу этих форм Зиммель посветил книгу Философия...
78921. Пространство и время в социогуманитарном познании 30.5 KB
  Пространство и время в социогуманитарном познании. Время и пространство важнейшие онтологические характеристики которые являются конституирующими элементами любой картины мира. В классической теории познания сложившейся под влиянием естественнонаучного знания время рассматривалось как форма протекания всех механических органических и психических процессов условие движения изменения и развития будь то пространственное перемещение качественное изменение возникновение или гибель. Такое время объективный параметр процессуальности ...
78922. Понятие хронотипа и его роль в СГН 29 KB
  Культурнохудожественный хронотоп как единство художественного пространствавремени впервые концептуально и методологически раскрыл М. Ядром этих моделей и становится континуум пространствавремени. Время здесь сгущается уплотняется становится художественно зримым; пространство же интенсифицируется втягивается в движение времени сюжета истории. Приметы времени раскрываются в пространстве и пространство осмысливается и измеряется временем.
78923. Коммуникативность как условие создания СГЗ 28.5 KB
  Отдельный ученый индивидуальный субъект познания как правило включен в состав научного коллектива лаборатории кафедры института научного кружка или школы. Общение в формах сотрудничества соавторства и конкуренции научного руководства и ученичества преследует цели достижения взаимопонимания между учеными и в итоге обеспечивает достижение конечного результата получение нового знания. В процессе коммуникации ученых обществоведов и гуманитариев обеспечивается: а социализация молодых ученых усвоение и передача накопленного...
78924. Моральная ответственность за введение научных конвенций 31.5 KB
  Моральная ответственность за введение научных конвенций. Социальный характер конвенций в общественных и гуманитарных науках пытаются обосновать различными способами: посредством их связи с идеалами нормами и оценками имеющими социальное происхождение К. Социальный характер таких конвенций проявляется также в ответственности ученого за их введение изменение или отказ от них. Подробнее специфика конвенций социальногуманитарных наук раскрыта в работах К.
78925. Рациональное, объективное, истинное в СГН 32 KB
  При рассмотрении проблемы истины важно уяснить специфику ее классической неклассической и постнеклассической трактовки а также особенности современного понимания ряда частных вопросов: ситуативность и объективный характер истин социальногуманитарных наук; их взаимосвязь с социальной реальностью; экзистенциальноантропологический подход к истине в гуманитарном знании. Вследствие этого а также вследствие традиций и особенностей каждой из наук они могут пользоваться преимущественно классической неклассической или постнеклассической...
78926. Природа и типы объяснений в СГН 27 KB
  Объяснение логикометодологическая процедура экспликации сущности одного явления через другое имеющее статус достоверного очевидного. Научное объяснение должно отвечать двум требованиям: 1 адекватности его аргументы и характеристики должны иметь непосредственное отношение к предметам явлениям событиям которые они объясняют; 2 принципиальной проверяемости непосредственно или через следствия. По своей логической структуре объяснение представляет рассуждение или умозаключение посылки которого содержат информацию необходимую для...