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

78590. ВОДОЁМЫ. РОДНИК 55 KB
  Формировать первичные знания, развивать стремление больше знать; ознакомив с литературой, вызвать желание больше читать, Заранее планируя свой выбор; учить умение высказывать свою точку зрения, опираясь на знания и опыт; воспитывать бережное отношение к водоемам, экономное использование пресной воды.
78591. Рідний край, де ми живемо, Україною зовемо 78 KB
  Обладнання: карта України державні символи України картки для роботи в парах зошит Я і Україна кросворд ілюстрації з краєвидами Києва різнокольорові паперові квітки недомальовані смайлики. Люби шануй оберігай Усе що зветься Україна.
78592. Зовнішня будова рослин. Рослини - живі організми. Рослини - джерело поживних речовин і кисню на Землі 97.5 KB
  Поглибити поняття органів рослин; сформувати уявлення про значення кожного органу (кореня, стебла, листків, квіток, плодів з насінням) для рослини, про особливості живлення і дихання рослин; уміння розрізняти органи рослин, називати їх; розвиток пізнавальних інтересів учнів...
78593. Кругообіг води в природі. Вода має бути чистою 155 KB
  Продовжити формувати поняття вода уявлення про умови перетворення води з одного стану в інший про кругообіг води в природі про необхідність бережного використання її. Обладнання: склянки з водою кусочки льоду скляна пляшка з замороженою водою; таблиця Кругообіг води в природі...
78594. ПІДСУМКОВИЙ УРОК ПО ТЕМІ «ТВАРИНИ» 44 KB
  Мета: Узагальнити і систематизувати знання учнів про найбільші групи тварин, розвивати вміння порівнювати варини,класифікувати їх за суттєвими ознаками, встановлювати взаємозв’язки з неживою природою; розвивати спостережливість,вміння аналізувати, робити висновки; виховувати шанобливе ставлення до тварин.
78595. Значення ґрунту в природі і для людей. Охорона ґрунту 3.69 MB
  Мета: формувати уявлення про значення ґрунтів в природі та значення його для людей про шляхи забруднення і руйнування ґрунту про охорону і збереження ґрунту розвивати логічне мислення виховувати бережливе ставлення до природних багатств.
78596. Формы финансовой поддержки малых предприятий 30 KB
  Государственная поддержка малого предпринимательства реализуется по следующим направлениям: формирование инфраструктуры поддержки и развития малого предпринимательства; создание льготных условий использования государственных финансовых материальнотехнических и информационных ресурсов научнотехнических разработок и технологий; учреждение порядка регистрации субъектов малого предпринимательства лицензирования их деятельности сертификации их продукции предоставления статистической и бухгалтерской отчетности; поддержка...
78597. Современные тенденции развития малого предпринимательства в регионах 48.5 KB
  Современные тенденции развития малого предпринимательства в регионах. В современных условиях роль малого бизнеса в рыночной экономике растет. Функции малого бизнеса: Экономические функции малого бизнеса: Придает рыночной системе необходимую гибкость активизация структурных сдвигов процессов разгосударствления и приватизации. Социальные функции малого бизнеса: Обеспечивает рост занятости.
78598. Взаимодействие малых и крупных компаний 56 KB
  Ford Motor США Mitsui Япония Mitsubishi Япония Itochu Япония Функции крупного бизнеса. Именно благодаря большим предприятиям идет развитие бизнеса в основе которого лежат механизмы снижения издержек производства. С наибольшей наглядностью эти свойства крупного бизнеса проявились в деятельности современных транснациональных корпораций ТНК. Эти особенности крупных фирм создают возможности для устойчивого развития бизнеса в средних и мелких размерах.