Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат

Камчатская Муниципальная Академия Рыболовецкого флота

РЕФЕРАТ

На тему: "Фазовое равновесие и фазовые перевоплощения"

Писал: Принял:

Студент ИЭФ Исаков А.Я.

Группа 97 ФК

Альхименко О.В.

Петропавловск - Камчатский

1998
ПЛАН

Введение. 3

1. Основная часть. 4

1.1. Понятие фазы. 4

1.2. Условие равновесия фаз химически однородного вещества. 4

1.3. Испарение и конденсация. 7

1.4. Плавление и конденсация. 9

1.5. Кипение и перегревание воды. 11

1.6. Тройные точки. Диаграмма состояния. 13

1.7. Метастабильное состояние. 17

Заключение. 21

Перечень Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат литературы. 22

Введение

Важным вопросом учении о фазах является выяснение критерий, при которых система, состоявшая из 2-ух либо несколько фаз, находится в равновесии. Последнее содержит в себе механическое и термическое равновесие. Для термического равновесия нужно, чтоб все фазы системы имели одну и ту же температуру. Нужным условием механического равновесия Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат является равенство давлений по различным сторонам границы соприкасающихся фаз. В термодинамике фазой именуется совокупа однородных, схожих по своим свойствам частей системы.

При определенных критериях различные фазы 1-го и такого же вещества могут находиться в равновесии вместе, соприкасаясь меж собой. Равновесие 2-ух фаз может иметь место только в определенном Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат интервале температур, при этом каждому значению температуры Т соответствует полностью определенное давление р , при котором может быть равновесие. Таким макаром, состояние равновесия 2-ух фаз изобразятся на диаграмме (р, Т) линией

p = f (T)

Три фазы 1-го и такого же вещества (жесткая, водянистая и газообразная, либо водянистая и две твердые) могут находиться в равновесии Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат только при единственных значениях температуры и давления, которым на диаграмме (р, Т­ ) соответствует точка, именуемая тройной . Эта точка лежит на скрещении кривых равновесия фаз, взятых попарно.

В термодинамике доказывается в согласии с опытом, что равновесие более чем 3-х фаз 1-го и такого же вещества нереально.

Переход из одной фазы Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат в другую обычно сопровождается поглощением либо выделением некого количества тепла, которое именуется сокрытой теплотой перехода, либо просто теплотой перехода. Такие переходы именуются фазовыми переходами первого рода. Есть переходы из одной кристаллической модификации в другую, которые не связаны с поглощением либо выделением тепла. Такие переходы именуются фазовыми переходами второго Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат рода. Ограничимся рассмотрением только переходов первого рода.


1. Основная часть

1.1.Понятие фазы

Фазой именуется макроскопическая физическая однородная часть вещества, отделенная от других частей системы границами раздела, так что она может быть извлечена из системы механическим методом.

Допустим, к примеру, что в закрытом сосуде заключена некоторая масса воды, над которой находится Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат смесь воздуха с водяными парами. Эта система является двухфазной. Она состоит из 2-ух фаз: водянистой (вода) и газообразной (смесь воздуха с водяными парами). Если б воздуха не было, то в системе также было бы две фазы: водянистая (вода) и газообразная (водяные пары). Бросим в воду куски льда. Система перевоплотится в Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат трехфазную и будет состоять из жесткой фазы (лед), водянистой (вода) и газообразной (смесь воздуха с водяными парами). Добавим к воде некое количество спирта. Число фаз не поменяется, потому что вода смешивается со спиртом, образуя на физическом уровне однородную жидкость. Но, если воде добавить ртуть, то последняя не смешивается с Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат водой, и выходит система с 2-мя водянистыми фазами: ртутью и водой. Газообразная фаза по–прежнему будет одна; она состоит из консистенции воздуха, паров воды и паров ртути. Бросив в воду куски поваренной соли, получим систему с 2-мя жесткими фазами: льдом и жесткой поваренной солью. При подсчете числа Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат фаз не имеет значение, является ли та либо другая фаза единым телом либо состоит из нескольких частей, отделенных одна от другой. Так, капельки тумана в воздухе образуют вкупе с ним двухфазовую систему, состоящую из водянистой фазы (вода) и газообразной фазы (смесь воздуха с водяными парами). В системе может быть несколько жестких Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат либо водянистых фаз. Но она не может содержать более одной газообразной фазы, потому что все газы смешиваются меж собой.

1.2. Условие равновесия фаз химически однородного вещества.

Условие равновесия фаз можно получить из теорем термодинамики. При равновесии системы температуры и давления всех фаз ее схожи. Если их поддерживать неизменным, то Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат термодинамический потенциал системы может только убывать. При равновесии он воспринимает малое значение.

Разглядим систему, состоящую из 2-ух фаз 1 и 2, которые могут преобразовываться друг в друга. Пусть m1 - масса первой, а m2 – масса 2-ой фазы. Обозначим средством j1 и j2 удельные термодинамические потенциалы вещества в этих фазах. Термодинамический потенциал Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат всей системы представляется в виде Ф = m1 j1 + m2 j2. пусть давление и температура системы поддерживаются неизменным. Тогда при фазовых превращениях величины j 1 и j 2 не будет изменяться, потому что они являются конкретными функциями только температуры и давления. Не будет, очевидно, изменяться и полная масса вещества m = m1 + m2 . Могут изменяться Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат только массы m1 и m2 . И эти конфигурации должны происходить в таком направлении, чтоб термодинамический потенциал Фаза принял меньшее значение, вероятное в рассматриваемых критериях. Если j1 > j2 , то всякое перевоплощение фазы 1 в фазу 2 сопровождается уменьшением Ф. Это перевоплощение и будет происходить, пока вся фаза 1 не перейдет в более Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат устойчивую фазу 2. Тогда система сделается однофазовой, а ее термодинамический потенциал достигнет малого значения m­ j2 . Напротив, если j 1 < j 2 , то фаза 2 в конце концов перевоплотиться в фазу 1. Только при условии

j 1­ (Р, Т) = j 2 (Р, Т) (1)

фазы будет находиться в равновесии вместе. Таким макаром, условием равновесия фаз является Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат равенство их удельных термодинамических потенциалов.

Внутренняя энергия U и энтропия S тела определены с точностью до случайных аддитивных неизменных. Потому термодинамический потенциал Ф= U – TS + PV и его удельное значение j (Р, Т) определены с точностью до случайной линейной функции температуры. Возникающая благодаря этому неоднозначность должна быть исключена из условия (1). Для этого Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат довольно договориться определять удельные термодинамические потенциалы j 1 (Р, Т) и j 2 (Р, Т) методом интегрирования выражения dj = - sdT + vdP, исходя из 1-го и такого же исходного состояния. Смысл условия (1) заключается в том, что при всех фазовых превращениях величена удельного термодинамического потенциала остается постоянной. Таким макаром, при всех конфигурациях Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат состояния вещества его удельной термодинамический потенциал всегда меняется безпрерывно. Тут он отличается от других физических величин - удельного объема, удельной энтропии и теплоемкости, диэлектрической и магнитной проницаемости, электронной проводимости и пр., которые при фазовых превращениях, обычно, изменяются скачкообразно.

Применим условие (1) к процессам перевоплощения воды в пар и назад. Возьмем какую – или Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат изотерму вещества, подчиняющегося уравнению Ван – дер – Ваальса, при температуре ниже критичной (рис.1а)


P

D

A

L G

B E

O V

V E

M G

Q

C A

B

N L R D

O P

(рис. 1 а и б)

Жирные ветки изотермы ЕG и LD изображают устойчивые состояния вещества: газообразное и жидкое. Участок GA соответствует пресыщенному пару Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат, участок LB – перегретой воды. Они изображены неуравновешенные состояние вещества. Жирные горизонтальный участок LCG представляет изотерму вещества в двухфазовом состоянии. Когда точка, изображающая состояние вещества, передвигаются повдоль изотермы, то ввиду всепостоянства температуры (dT =0) для конфигурации удельного термодинамического потенциала можно написать

d j = vdP, j -ò vdP

Так как независящей переменной сейчас является Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат Р, удобнее повернуть оси так, чтоб тонкими сплошными линиями. Пунктиром представлена ветвь АСВ , точки которой изображают полностью ось давления стала горизонтальной, а ось объемов – вертикальной (рис.1б). Исследуем изменение функции j (Р, Т) при перемещении изображающей точки повдоль теоретической изотермы EACBD (рис. 1а). на участке ЕА дифференциал dP положительный, а Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат поэтому потенциал j растет. На участке АСВ dP меняет символ, а j начинает убывать. При предстоящем изменении состояния вещества повдоль изотермы BD потенциал j опять начинает однообразно возрастать. Величина j будет проходить через те же значения, которые она воспринимала ранее на ветки АЕ. Отсюда следует, что существует такая изобара Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат GL, в точка которой L и G значения удельного термодинамического потенциала j схожи: j g =j l . Как следует, ò vdP =0

либо

ò vdP = ò vdP

GAC LBC

Это означает, что площади GAGG и CBLC, заштрихованные на рис. 1, схожи. Проведем дальше изобары MN и QR левее и правее изобары GL. Тогда

j M = j Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат G - ò vП dP, j N = j L P - ò vЖ dP,

Где v п – удельный объем пара, а vж – воды. Таким как j G =j L , vП > vЖ , а пределы интегрирования одни и те же, то jМ < j N / так же доказывается, что jR < j G .

Итак, удельный Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат термодинамический потенциал газа на ветки изотермы EG меньше соответственного удельного термодинамического потенциала воды на ветки BL. Потому из 2-ух вероятных состояний M и N, в каких вещество может существовать при данных температуре и давлению, газообразное состояние М является более устойчивым. Оно и реализуется в реальности. Напротив, на ветки LD жидкость имеет наименьший Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат удельный термодинамический потенциал, чем газ на участке изотермы GA. Из 2-ух вероятных состояний вещества R и Q, в каких давление и температуры схожи, жидкое состояние R тут более устойчивое, чем газообразное Q. Если жидкость и газ в таких состояниях граничит меж собой, то газ будет конденсироваться в жидкость Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат, пока все вещество не окажется в водянистом состоянии. В точках G и L удельные термодинамические потенциалы газа и воды схожи. Потому состояние G и L идиентично устойчивы. Газ в состоянии G и жидкость в состоянии L находятся в фазовом равновесии вместе. Таковой газ является насыщенным паром этой воды Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат.

Новый подход позволяет не только лишь указать положение сбалансированной изобары LG, да и осознать, почему конкретно в точках L и G должно происходить фазовое перевоплощение. При таком подходе можно было бы отыскать положение сбалансированной изобары LG и в этом случае, когда изотерма состоит из 2-ух изолированных веток DB и AE, не Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат связанных меж собой промежной кривой АСВ. Очевидно, в данном случае правило Максвелла теряет смысл, а сбалансированная изобара LG должна быть определена из критерий j L =j G .

1.3. Испарение и конденсация.

В водянистых и жестких телах при хоть какой температуре имеется некое количество молекул, энергия которых оказывается достаточной Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат для того, чтоб преодолеть притяжение к другим молекулам, покинуть поверхность воды либо твердого тела и перейти в газообразную фазу. Переход воды в газообразное состояние именуется испарением, переход в газообразное состояние твердого тела носит заглавие сублимации.

Все твердые тела без исключения в той либо другой степени сублимируют. У одних Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат веществ, таких, к примеру, как углекислота, процесс сублимации протекает с приметной скоростью; у других веществ этот процесс при обыденных температурах настолько незначителен, что фактически не находится.

При испарении и сублимации тело покидает более резвые молекулы, вследствие чего средняя энергия оставшихся молекул миниатюризируется и тело охлаждается. Чтоб поддерживать температуру испаряющегося Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат тела постоянной, к нему необходимо безпрерывно подводить тепло. Тепло.q, которое нужно сказать единице массы вещества для того, чтоб перевоплотить ее в пар, находящийся при той же температуре, какую имело вещество до испарения, именуется удельной теплотой испарения.


Рис. 2

При конденсации тепло, затраченное при испарении, отдается назад: образующаяся при конденсации жидкость греется Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат.

Разглядим процесс установления равновесия меж жидкостью и ее парами. Возьмем герметический сосуд, отчасти заполненный жидкостью (рис.2), и допустим, что сначало из места над жидкостью вещество было на сто процентов удалено. Вследствие процесса испарения место над жидкостью станет наполняться молекулами. Молекулы, перешедшие в газообразную фазу, двигаясь хаотически, ударяются о поверхность Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат воды, при этом часть таких ударов будет сопровождаться переходом молекул в водянистую фазу. Количество молекул, переходящих в единицу времени в водянистую фазу, разумеется, пропорционально количеству ударяющихся о поверхность молекул, которое в свою очередь пропорционально n, т.е. вырастает с давлением р. как следует, вместе с испарением протекает оборотные Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат процесс перехода молекул из газообразной в водянистую фазу, при этом интенсивность его вырастает по мере роста плотности молекул в пространстве над жидкостью. При достижении некого, полностью определенного давления количества молекул, покидающих жидкость и возвращающихся в нее, станут равны. Начиная отныне, плотность пара перестает изменяться. Меж жидкостью и паром Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат установится подвижное равновесие, которое будет существовать до того времени, пока не поменяется объем либо температура системы. Пар, находящийся в равновесии со собственной жидкостью, именуется насыщенным. Давление, при котором наблюдается равновесие, именуется давлением насыщенного пара.

Количество молекул, покидающих жидкость в единицу времени, очень вырастает с температурой. Количество молекул, ударяющихся о поверхность Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат воды, находится в зависимости от температуры в наименьшей степени. Потому при повышении температуры равновесие меж фазами нарушается, и в течение некого времени поток молекул в направлении жидкость пар будет превосходить поток в направлении пар жидкость. Это продолжится до того времени, пока возрастание давления не приведет опять к установлению подвижного Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат равновесия. Таким макаром, давление, при котором устанавливается подвижное равновесие меж жидкостью и паром, т.е. давление насыщенных паров, оказывается зависящим от температуры. Вид этой зависимости показан на рис. 3.

Рн.п.

Рк.р. К

Тр


О Тк.р. Т рис.3

Если прирастить объем сосуда, давление пара свалится и равновесие будет Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат нарушено. В итоге перевоплотится в пар дополнительное количество воды, такое, чтоб давление опять стало равным рн.п . Аналогично уменьшение объема приведет к превращению некого количества пара в жидкость.

Все произнесенное о равновесии меж жидкостью и газом справедливо и для системы твердого тело - газ. Каждой температуре соответствует определенное значение давления Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат, при котором устанавливается подвижное равновесие меж жестким телом и газом.

Для многих тел, таких, к примеру, как твердые металлы, это давление при обыденных температурах так не много, что не может быть найдено самыми чувствительными устройствами.

1.4. Плавление и кристаллизация.

Переход кристаллического тела в жидкое состояние происходит при определенной для каждого Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат вещества температуре и просит издержки некого количества тепла, именуемого теплотой плавления.

Если веществу, сначало находившемуся в кристаллическом состоянии, докладывать каждую секунду одно и то же количество тепла, то изменение температуры тела с течением времени будет таким как показано на рис. 2. Сначала температура тела всегда вырастает. По достижении температуры плавления Трл (точка Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат 1 на рис.4), невзирая на то, что к телу по – прежнему продолжает подводиться тепло, температура его перестает изменяться. Сразу начинается процесс плавления твердого тела, в процессе которого все новые порции вещества преобразуются в жидкость. После того как процесс плавления будет закончен и все вещество стопроцентно перейдет в жидкое состояние (точка Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат 2 на рис.2) температура опять начнет повышаться.

Кривая нагревания бесформенного тела смотрится по другому (см. пунктирную кривую на рис.4). При равномерном подводе тепла температура бесформенного тела безпрерывно вырастает. Для бесформенных тел нет определенной температуры перехода в жидкое состояние. Этот переход совершается безпрерывно, а не скачками. Можно указать интервал температур Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат, в границах которого происходит размягчения тела. Это разъясняется тем, что воды и бесформенные тела отличаются только степенью подвижности молекул, - бесформенные тела представляют собой очень переохлажденные воды.

Т

Тпл 1 2

О t

Р

1 2

О mVT` mVЖ ` V

Рис.3 а б

Температура плавления находится в зависимости от давления. Таким макаром, переход из кристаллического в жидкое состояние Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат происходит при полностью определенных критериях, характеризуемых значениями давлениями и температуры. Совокупы этих значений соответствует кривая на диаграмме (р, Т), которую принято именовать кривой плавления. Кривая плавления идет очень круто. Для того, к примеру, чтоб поменять на 1 К температуру таяния льда, нужно поменять давление на 132 ат.

Точки кривой плавления определяют условия Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат, при которых кристаллическая и водянистая фазы могут находиться в равновесии вместе. Такое равновесие может быть при любом соотношении меж массами воды и кристаллов, т.е. при значениях объема системы, заключенных в границах от mVT до mVж , где m - масса системы, а VT ­ и Vж - удельные объемы жесткой и водянистой фаз. Потому Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат каждой точке плавления соответствует на диаграмме (р, V) отрезок горизонтальной прямой (рис.4.) так как вещество в состояниях, изображаемых точками этого отрезка имеет одну и ту же температуру, ровная 1-2 на рис. 4 представляет собой участок изотермы, соответственный двухфазным состояниям вещества.

Оборотный плавлению процесс кристаллизации протекает последующим образом. При охлаждении Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат воды до температуры, при которой жесткая и водянистая фазы могут находиться в равновесии при данной давлении (т.е. до той же температуры, при которой происходило плавление), начинается одновременный рост кристалликов вокруг так именуемых эмбрионов либо центров кристаллизации. Разрастаясь все более, отдельные кристаллики в конце концов смыкаются вместе, образуя Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат поликристаллическое жесткое тело.

Центрами кристаллизации могут служить взвешенные в воды твердые частички. Кропотливо очищенную от таких частиц жидкость можно охладить ниже температуры кристаллизации без того, чтоб началось образование кристалликов. Состояние таковой переохлажденной воды является метастабильным. Обычно довольно попасть в такую жидкость пылинке, для того чтоб она распалась на жидкость и кристаллы Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат, находящиеся при сбалансированной температуре. Но в неких случаях при огромных переохлаждениях подвижность молекул воды оказывается настолько малозначительной, что метастабильное состояние может сохраняться очень длительно. Жидкость в таких случаях обладает очень малой текучестью и представляет собой бесформенное жесткое тело.

Процесс кристаллизации сопровождается выделением того же количества тепла., которое поглощается при плавлении Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат.

1.5. Кипение и перегревание воды.

Если жидкость в сосуде нагревать при неизменном наружном давлении со свободной поверхности воды. Таковой процесс парообразования именуется испарением. По достижении определенной температуры, именуемом температурой кипения, образование пара начинает происходить не только лишь со свободной поверхности, вырастают и подымаются на поверхность пузыри пара, завлекая за собой Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат и саму жидкость. Процесс парообразования приобретает бурный нрав. Это явление именуется кипением.

По существу кипения есть особенный вид испарения. Дело в том, что жидкость никогда не бывает на физическом уровне однородной. В ней всегда имеются пузырьки воздуха либо других газов, но нередко так малые, что они не видимы невооруженным Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат глазом. На поверхности каждого пузырька безпрерывно идет испарение воды и конденсация пара, пока не наступит состояние динамического равновесия, в каком эти два обратно направленные процесса компенсируют друг дружку. В состоянии механического равновесия сумма давлений воздуха и пара снутри пузырька должна приравниваться наружному давлению вне пузырька. Последнее Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат слагается из давления атмосферы и гидростатического давления окружающей воды. Если подогреть жидкость до таковой температуры, чтоб давление насыщенного пара затмило давление вне пузырька, то пузырек начнет расти за счет испарения воды с его внутренней поверхности и подниматься ввысь под действием архимедовой подъемной силы. Двухфазная система – жидкость с воздушными пузырьками Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат – становится механически неуравновешенной, и начинается процесс кипения. Граница неустойчивости определяется таковой температурой, при которой давление становится насыщенного пара равно сумме атмосферного и гидростатического давления на рассматриваемой высоте. Это и есть температура кипения.

В отличие от температуры тройной точки, которая для всякого вещества является полностью определенной величиной, температура кипения воды Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат находится в зависимости от наружного давления. Она увеличивается при увеличении наружного давления и снижается при уменьшении. Так, воду можно вынудить кипеть при комнатной температуре. Для демонстрации стеклянную пробирку с водопроводной водой помещают под колпак воздушного насоса. При откачке воздуха давление на поверхность воды снижается, и при достижении определенной степени Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат раздражения вода закипает. Теплота, нужная для превращении воды в пар, заимствуется у самой воды, потому она охлаждается. При длительной откачке вода может замерзнуть. Для ускорения процесса замерзания воду наливают в мелкое блюдце, чтоб прирастить свободную поверхность, с которой происходит испарение. Для той же цели под колпак воздушного насоса помещается Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат крепкий раствор серной кислоты, всасывающий водные пары. После одной – 2-ух минут откачка воды в блюдце промерзнет.

Снижение температуры кипения воды при уменьшении наружного давления можно показывать и без воздушного насоса. Берется круглодонная пробирка среднего размера, заполненная наполовину водопроводной водой. Вода в пробирке кипятится в течении 15 минут, чтоб образовавшиеся водяные пары вытеснили из Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат пробирки воздух. Потом пробирка снимается, стремительно закупоривается каучуковой пробкой, переворачивается ввысь дном и помещается на кольцеобразную подставку. Если пробирка сверху поливать прохладной водой, то часть водяных паров конденсируется в жидкость, давление на поверхность воды миниатюризируется, и она закипает.

Из изложенного следует, что кипение может быть только тогда, когда Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат снутри воды имеются пузырьки газа. Если же таких нет, т.е. жидкость полностью на физическом уровне однородна, то парообразование снутри воды, т.е. кипение, становится неосуществимым. Такую жидкость можно подогреть выше температуры кипения. На физическом уровне однородную жидкость, температура которой при данном наружном давлении превосходит температуру кипения, именуется перегретой Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат. Можно сказать по другому. Перегретой именуется жидкость, находящаяся под давлением ниже давления ее насыщенных паров при данной температуре. На изотерме Ван – дер – Ваальса перегретая жидкость изображается точками участка LB , потому что давление воды на этом участке ниже давления на изотерме – изобаре LCG , где оно равно давлению насыщенного Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат пара. Перегретая жидкость метастабильна, либо малоустойчива. Пока нет эмбрионов более устойчивой парообразной фазы, перегретая жидкость может существовать как на физическом уровне однородное тело. Но при наличие таких эмбрионов, к примеру пузырькового воздуха, она становится неустойчивое и перебегает в более устойчивое при данной температуре состояние – пар.

Перегретую воду можно получить Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат, к примеру, в кварцевую пробирку с гладкими стенами. Пробирка кропотливо промывать поначалу серной, азотной либо какой – или другой кислотой, а потом дистиллированной водой. В промытую пробирку наливается дистиллированная вода, из которой длительным кипячением удаляется растворенный в ней воздух. После чего воду в пробирке можно подогреть на газовой горелке до температуры, существенно Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат превосходящей температуру кипения, и все же она не будет кипеть, а только активно испаряться со свободной поверхности. Только время от времени на деньке пробирки появляется пузырек пара, который стремительно вырастает, отделяется от дна и подымается на поверхность воды, при этом размеры его при поднятии очень растут. Потом вода Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат долгое время остается размеренной. Если в такую воду ввести эмбрион газообразной формы, к примеру кинуть щепотку чая, то она будет бурно закипать, а ее температура стремительно снижается до температуры кипения. Это действенный опыт носит нрав взрыва. Для фуррора опыта принципиально, чтоб стены пробирки были гладкими. Всякие шероховатости и острые Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат края содействуют образованию эмбрионов газообразной формы. От их безпрерывно отделяются и подымаются на поверхность воды пузырьки пара – вода бурлит со дна либо стены пробирки, перегревание ее тяжело и даже совершенно нереально.

Появляется, но последующий вопрос. Сколько бы ни очищали воду от растворенного в ней воздуха, последний всегда остается в Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат каком – то, хотя и жалком, количестве в виде мелких пузырьках. Если даже воду стопроцентно очистить от растворенных в ней газов, то в ней все таки могут появляться пузырьки пара флуктуационного происхождения.

1.6. Тройные точки. Диаграммы состояния.

Допустим, что число фаз химически однородного вещества, находящихся в равновесии вместе, равно трем. Примером Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат может служить система, состоящая из жесткой фазы, воды и пара. Для равновесия нужно выполнение 3-х критерий:

j1 (Р, Т) = j2 (Р, Т)

j2 (Р, Т) = ё3 (Р, Т)

j3 (Р, Т) = j1 ( Р, Т) (1)

1-ое есть условие равновесия меж жидкостью и ее паром; 2-ое - меж жидкостью и жесткой Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат фазой; третье - меж жесткой фазой и паром. Эти три условия не независимы. Каждое из их является следствием 2-ух других. 1-ое уравнение системы (1) изображает на плоскости кривую равновесия меж газом и жидкостью, т.е. кривую испарения 12 (рис.5 ) .2-ое изображает кривую равновесия жесткой и водянистой фаз 23. Она именуется кривой плавления. Кривая плавления пересекается с Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат кривой испарения в точке А, именуемой тройной точкой. Через тройную точку должна проходить и кривая возгонки 32, т.е. кривая равновесия меж жесткой и газообразной фазами. Это конкретно следует из третьего уравнения (1). Таким макаром, три фазы могут находиться в равновесии вместе, вообщем говоря, только в одной, а Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат конкретно тройной точке, т.е. при полностью определенных значениях температуры и давлениях.

В тройной точке кривая возгонки 31 подымается круче кривой испарения 12. По правде, наклоны этих кривых определяется уравнениями Клайперона - Клаузиуса:

dP12 q12 dp13 q13

_____=______ , ________=__________

dT T (v1 -v2 ) dT T (v1 - v3 )

Знаменатели этих выражений фактически совпадают, потому что удельными объемами Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат водянистой и жесткой фаз можно пренебречь. Не считая того, в тройной точке, как это следует из первого начала термодинамики, q13 =q12 + q23 .. Означает, q13 > q12 , а поэтому dP13 / dT > /dT.

Р 2 К

(жидк.)

В С

3 А 1

(тв.) (газ)

D

Т рис. 5

Для воды тройная точка лежит приблизительно на 0,0080 С выше Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат точки плавления при обычном атмосферном давлении. Давление в тройной точке составляет около 4, 58 мм рт. ст. Тройная точка воды является основной реперной точкой при построении абсолютной термодинамической шкале температуры Цельсия.

Кривые испарения, плавления и возгонки делят ТР на три области 1,2,3 (см. рис. ). Точками области 1 соответствует газообразное, области 2 - жидкое, области 3 - жесткое Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат состояние вещества. Плоскость ТР с обозначенными 3-мя кривыми равновесия именуется диаграммой состояния. Диаграмма состояния позволяет судить, какие будут происходить фазовые перевоплощения при том либо ином процессе. Допустим, к примеру, что делается нагревание при неизменном давлении. На диаграмме состояния таковой процесс представляется горизонтальной прямой. Если эта ровная выше тройной, но ниже критичной точки Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат, то в точке В она пересечет кривую плавления, а в точке С - кривую испарения. Означает, при нагревании жесткое тело поначалу расплавится (точка В), а потом жидкость улетучится (точка С). если же обозначенная ровная проходит ниже тройной точки, то она пересечет только кривую возгонки в некой точке Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат D, в какой и произойдет конкретное перевоплощение твердого тела в газообразное состояние. Промежного состояния не будет.

Поставим сейчас вопрос о способности существования 4 либо большего числа фаз химически однородного вещества. В случае 4 фаз для равновесия нужно выполнение 6 уравнений типа (1), из которых но, независимы только три. Геометрически задачка сводится к нахождению общей Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат точки скрещения 3-х кривых равновесия фаз, выражаемых, к примеру, уравнениями

j 1 (Р,Т) = j2 (Р, Т) = j 3 (Р, Т, = j 4 ( Р, Т)

Но три кривые пересекаются, вообщем говоря, в 3-х, а не в одной точке. Скрещение в одной точке является исключительным случаем, с которым фактически можно не считаться. На Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат физическом уровне это значит, что четыре либо больше число фаз химически однородного вещества не могут находиться в равновесии меж собой ни при каких давлениях и температурах. Наибольшее число фаз, находящихся в равновесии вместе, не может превосходить 3-х.

Если число фаз, в каких может находиться химически однородное вещество при различных значениях Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат температуры и давлениях, превосходит три, то все сбалансированные состояния системы можно также изобразить диаграммой на плоскости ТР, именуемой по - прежнему диаграммой состояния. Плоскость ТР разбивается на ряд областей. Любая точка плоскости ТР, если она лежит на границе области, изображает однофазовое состояние вещества. Области граничат меж собой повдоль кривых, любая из которых Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат является кривой равновесия соответственных 2-ух фаз. Всякая точка, лежавшая на кривой равновесия, изображает двухфазное состояние вещества, при этом в этом состоянии фазы могут быть представлены в всех пропорциях. Кривые равновесия фаз могут пересекаться по три в отдельных точках. Это тройные точки, в каких находятся в равновесии три граничащие Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат вместе фазы.

Р F

M` N` R

Ромб L K

M N1 N2 Q

Moн. Р

S

G T газ. Т рис. 6

На диаграмме состояния сходу видно, в каких сбалансированных состояниях может находиться вещество при тех либо других значениях температуры и давлениях, также когда и какие оно будет испытывать фазовые перевоплощения при том Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат либо ином процессе. В качестве примера на рис.6 представлена в облегченном виде диаграмма состояния серы. Сера может существовать в 2-ух кристаллических модификациях - моноклинной и ромбической. В согласовании с этим на диаграмме состояния имеются три тройные точки, а конкретно S, T, L. Область моноклинной модификации ограничена треугольником STL. Область ромбической модификации Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат ограничена кривой GSLF. Возьмем ромбические кристаллы серы при комнатной температуре и обычном давлении и будем нагревать их, сохраняя давление неизменным. Этот процесс изобразится горизонтальной прямой MN1 N2 Q. В точке N1 , где эта ровная пересекает кривую равновесия меж 2-мя кристаллическими модификациями, ромбические кристаллы преобразуются в моноклинные (при атмосферном Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат давлении точке N1 соответствует температура 95, 50 С). в точке N2 (при температуре 119, 20 С) моноклинные кристаллы плавятся. В точке Р (при температуре 444, 600 С) водянистая сера закипает. При охлаждении вещества те же перевоплощения будут происходить в оборотном порядке. Если ромбические кристаллы взять в состоянии М` под давлением выше давления в тройной точке L (1280 атм Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат), то изобара M`N` пройдет выше этой точки. Потому перевоплощения ромбических кристаллов в моноклинные происходить не будут. Ромбические кристаллы в точке N` будут сходу расплавляться.

Кривая испарения оканчивается на критичной точке. Только благодаря этому вероятен непрерывный переход вещества из водянистого состояния в газообразное и напротив, т.е Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат. таковой переход, который не сопровождается фазовыми превращениями. Это связано с тем, что различие меж газом и жидкостью является чисто количественными. Газ и жидкость отличаются друг от друга только большей либо наименьшей ролью взаимодействия меж молекулами. Но оба эти состояния изотропны и характеризуются схожей симметрией внутреннего строения. Совершенно другой нрав имеет Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат различие меж 2-мя кристаллической и водянистой фазами либо меж 2-мя разными кристаллическими фазами. Эти фазы отличаются друг от друга не только лишь количественно, да и отменно, а конкретно симметрией внутреннего строения. О всяком же свойстве симметрии можно сказать, что оно или есть, или его нет. То либо другое свойство симметрии Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат может появляться либо исчезать только сходу, скачком, а не безпрерывно. В каждом состоянии тело будет владеть или одной, или другой симметрией, а поэтому можно указать, к которой из 2-ух фаз оно относится. Кривая равновесия таких фаз потому не может обрываться в изолированной точке. Она может или заканчиваться в точке скрещения Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат ее с другой кривой равновесия, или уходить в бесконечность.

1.7. Метастабильное состояние.

Сейчас просто осознать, почему можно перегреть жидкость даже при наличие в ней пузырьков какого – или газа при самой воды. Для перегревания нужно только, чтоб пузырьки были довольно малы. Допустим, что пузырек так мал, что давление Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат насыщенного пара снутри него существенно ниже соответственного давления пара над плоской поверхности при той же температуре. Если пузырек состоит из пара, то он будет сжат гидростатическом давлением окружающей воды и в конце концов пропадет даже в этом случае, тогда температура воды приметно превосходит температуру кипения. Если же пузырек газовый, то по той Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат же причине он не может возрастать в объеме за счет испарения воды. Отсюда следует, что очень малые пузырьки при данной температуре закипала, нужно, чтоб размеры пузырьков были не меньше определенного предела.

Совершенного так же обстоит дело с пресыщенным паром. Это тоже метастабильное состояние вещества. На изотерме Ван Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат – дер – Ваальса ему соответствует участок AG (см рис. 1). Давление пресыщенного пара Р больше давления насыщенного пара при той же температуре. Допустим, что в пресыщенном паре образовались капельки воды, к примеру из-за термических флуктуаций. Если их размеры меньше определенного предела, то они улетучятся. Вправду, давление пара, находящегося в Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат равновесии с водянистой каплей, тем больше, чем меньше ее радиус. Если это давление превосходит Р, то капля будет испаряться и в конце концов пропадет. Такие малые капли, как центры конденсации, неэффективны. Капля будет расти, а, как следует, пар конденсироваться в жидкость, если сбалансированное давление пара над ее поверхностью меньше давления окружающего Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат пресыщенного пара. Это имеет место для довольно огромных капель. Наличие пыли либо других маленьких частиц в пресыщенном паре содействует конденсации. Дело в том, что капельки воды, образовавшаяся на пылинке, не будет иметь сферическую форму. Ее форма определяется формой и размерами самой пылинки. Ввиду этого кривизна поверхности капли, даже при очень Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат малых размерах последней, может быть невелика. Такие капли являются действенными центрами конденсации.

Еще больше действенными центрами конденсации являются электрически заряженные частички, либо ионы. Когда проводящий шар заряжен электричеством, то электронные заряды, отталкиваясь друг от друга, располагают на его поверхности. Да и находясь на поверхности, они продолжают отталкиваться. Таким Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат макаром, на поверхности заряды действуют силы, направленные наружу шара. Такие силы действуют на границе заряженного диэлектрического шара, если даже заряды размещаются не на поверхности, а по объему шара. Это выталкивающие силы есть и в случае заряженной капли. Они ориентированы обратно силам лапласов капиллярного давления, обусловленного кривизной поверхности капли. Таким Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат макаром, воздействие заряда капли эквивалентно уменьшению поверхностного натяжения. Вследствие этого давление насыщенного пара над заряженной капли меньше, чем над незаряженной тех же размеров. Этим и разъясняется, почему заряд капли содействует конденсации пара.

Пресыщенный водяной пар можно получить резвым адиабатическим расширением мокроватого воздуха. Этот принцип употребляется в одном из главных устройств Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат ядерной физики и физики простых частиц – камере Вильсона. Камера Вильсона (1869 – 1959) представляет собой герметически замкнутый объем заполненный не конденсирующим газом и насыщенными парами неких жидкостей. Одна из стен камеры делается подвижной, что позволяет поменять величину рабочего объема камеры. При адиабатическом расширение в рабочем объеме создается пресыщенный пар воды. Он не Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат конденсируется, пока нет центров конденсации. Если, но, через пар пролетает заряженная частичка, то на собственном пути она делает много ионов, на которых пресыщенный пар конденсируется в виде малеханьких капелек, достигающих видимых размеров. Выходит цепочка капелек, расположенные повдоль линии движения ионизирующей частички. Они именуются треками. Их можно осветить и сфотографировать Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат. Исследование характеристик трека дает возможность делать заключение о природе и свойствах пролетающих частиц.

Явление перегревания воды также употребляется для наблюдения следов ионизирующих частиц. На нем основано устройство пузырьковой камеры, сканированной Д.А. Глезером (р. 1926) в 1952 г. Жидкость в пузырьковой камере поначалу находится при температуре, превосходящей температуру кипения. От Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат закипания камеры она удерживается высочайшим давлением, предаваемым на поршень либо упругую мембрану, соприкасающуюся с жидкостью. Для приведения камеры в рабочее состояние в один момент понижает давление. Тогда жидкость оказывается перегретой и в течении недлинного времени может находиться в этом метастабильном состоянии. Если в это время через камеру пропархает Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат ионизирующая частичка, то она вызовет в это время резкое вскипание воды в узенькой области повдоль линии движения частиц. В итоге путь частиц будет отмечен цепочкой пузырьков пара. Явление можно разъяснить тем, что ионизирующая частичка теряет на собственном пути энергию, преходящую приемущественно в тепло. А потому что жидкость перегрета, то этого дополнительного Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат тепла довольно для насыщенного образования пара на пути частиц одним из важных преимуществ пузырьковой камеры пред камерой Вильсона является высочайшая плотность рабочего вещества. Это дает возможность получать огромное количество взаимодействий частиц с ядрами рабочего вещества. В качестве жидкостей в пузырьковой камере используются водянистый водород, водянистый пропан, фреоны, водянистый Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат гелий и т.д.

Перегретой жидкостью и пресыщенный паром не исчерпывается обилие метастабильных состояний вещества. Другими примерами являются переохлаждение воды и разные кристаллические модификации жестких тел. Возьмем, к примеру, воду, очищенную от сторонних вкраплений, и будем охлаждать ее при неизменном давлении и без сотрясений. Вода остается водянистой, если даже Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат ее температура достигнет – 100 С и ниже. Если, но, в такую воду кинуть кристаллики льда либо встряхнуть сосуд, в каком она находится, то происходит резвое затвердение, при этом температура резко подымается до 00 С. жидкость, охлажденная до температуры ниже температуры затвердения, именуется переохлажденной жидкостью. Она является наименее устойчивой фазой, чем кристаллическая Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат фаза при той же температуре и давлении. Потому если жидкость не очищена от сторонних вкраплений, то переохлаждения не наблюдается. При охлаждении воды кристаллизация начинается при температуре плавления, соответственной тому давлению, под которым находится жидкость.

Скорость кристаллизации переохлажденной воды при наличии в ней эмбрионов очень находится в зависимости Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат от температуры. При снижении температуры за точку кристаллизации поначалу вырастает, добивается максимума, а потом падает. При очень огромных переохлаждения скорость кристаллизации делается фактически равной нулю. При довольно огромных переохлаждения начинается самопроизвольное образование эмбрионов. Скорость этого процесса также поначалу вырастает с снижением температуры, добивается максимума и стремится к нулю при Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат предстоящем снижении температуры. Обычно максимум скорости самопроизвольного образования эмбрионов находится при более низкой температуре, чем максимум скорости кристаллизации.

Переохлажденным жидкостями являются расплавленный сахар и мед. Тут скорость кристаллизации очень мала. Мед и варенье со временем "засахаривается", т.е. перебегает в кристаллическую модификацию. Многие тела, которые в обиходе именуются жесткими, не владеют Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат внутренней кристаллической структурой. Их лучше рассматривать как очень переохлажденные воды. Таковы асфальт, сапожный вар, стекло, разные пластмассы и пр. поистине жесткими телами являются только кристаллы. В стекле переохлаждение так сильное, что фактически нет ни образования эмбрионов, ни кристаллизации на имеющихся эмбрионах. Но даже и тут процесс кристаллизации идет, хотя и Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат очень медлительно. Он приводит к тому, что по истечении 10-ов лет стекло может стать мутным.

Броским примером, иллюстрирующим роль эмбрионов в полиморфных превращениях, может служить явление, известное под заглавием "оловянной чумы". Есть две модификации твердого олова – обыденное, либо белоснежное, олово и порошково-образное, либо сероватое олово. При Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат атмосферном давлении эти модификации находятся в равновесии при температуре 180 С. выше 180 С более устойчивое белоснежное олово, ниже 180 С – сероватое. После сильного мороза при потеплении оловянные предметы, если в их есть подходящий эмбрион, могут рассыпаться в порошок. Это явление и именуется "оловянной чумой". Оно очень редчайшее, потому что обычно таких эмбрионов нет Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат, самопроизвольно они образуются только при очень низких температурах. Эмбрионы недейственны, пока стоит сильный мороз, ввиду жалкой скорости перевоплощения. Но при потеплении скорость перевоплощения очень увеличивается, и оловянный предмет рассыпается в порошок. Скорость перевоплощения белоснежного олова в сероватое максимальна около 00 С стремительно спадает при более низких температурах

Время от Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат времени после грозной зимы при потеплении наблюдались "эпидемии" оловянной чумы. Такое явление вышло, к примеру, в конце прошедшего века в Петербурге. На одном из складов военного обмундирования находился большой припас солдатских пуговиц, которые в то время изготовлялись их белоснежного олова. Склад не отапливался, пуговицы "простыли" и "захворали оловянной чумой". Поначалу Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат немного потемнели несколько пуговиц. Пуговицы стремительно теряли сияние и через некоторое количество дней рассыпались в порошок. "заболевшие" пуговицы "заражали" собственных соседей из белоснежного олова. Болезнь распространялась стремительно, как чума. В некоторое количество дней горы сверкающих оловянных пуговиц перевоплотился в аморфную кучу сероватого порошка.

Оловянная чума явилась одной из Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат главных обстоятельств смерти антарктической экспедиции Роберта Скотта (1868-1912): разрушились банки с горючим, полярники остались без жаркой еды. Достигнув южного полюса, они уже не могли возвратиться на свою базу.


Заключение


Перечень литературы.

1. Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб пособие. В 3 -х т. Т.1. Механика. Молекулярная физика. М., 1986.

2. Сивухин Д.В Фазовое равновесие и фазовые превращения - реферат. Термодинамика и молекулярная физика: Учеб. пособие для вузов. - М., 1990.



farmakologiya-antibiotikov-prodolzhenie.html
farmakologiya-i-primenenie-cinka-sukcinata.html
farmakologiya-perifericheskoj-nervnoj-sistemi.html