2. Fazni prijelazi prve i druge vrste………………………..4
3. Idealni plin……………………………………………………………………….7
4. Pravi plin……………………………………………………………………..8
5. Molekularno-kinetička teorija kritičnih pojava….….9
6. Superfluidnost…………………………………………………………………..11
7. Superprovodljivost…………………………………………………………..13
7.1 Otkriće supravodljivosti………………………………...13
7.2 Interakcija elektron-fonon……………..14
7.3 Superprovodnici prve i druge vrste…………16
7.4 Recept za izradu supraprovodnika…………….17
7.5 Sigurnosne mjere……………………………………………….18
7.6 Meisnerov efekat………………………………………………………………………………………20
8. Zaključak……………………………………………………………….22
9. Reference………………………………………………………….25
1. Uvod.
Faze se nazivaju homogenim različitim dijelovima fizičko-hemijskih sistema. Supstanca je homogena kada su svi parametri stanja supstance isti u svim njenim zapreminama, čije su dimenzije velike u odnosu na međuatomska stanja. Smjese različitih plinova uvijek formiraju jednu fazu ako su u istoj koncentraciji u cijeloj zapremini.
Ista supstanca, zavisno od spoljašnjih uslova, može biti u jednom od tri agregatna stanja - tečnom, čvrstom ili gasovitom. U zavisnosti od spoljašnjih uslova, može biti u jednoj fazi ili u više faza odjednom. U prirodi oko nas posebno često opažamo fazne prelaze vode. Na primjer: isparavanje, kondenzacija. Postoje uslovi pritiska i temperature pod kojima je supstanca u ravnoteži u različitim fazama. Na primjer, kada se gas ukapljuje u stanju fazne ravnoteže, volumen može biti bilo koji, a temperatura prijelaza je povezana s pritiskom pare zasićenja. Temperature na kojima dolazi do prijelaza iz jedne faze u drugu nazivaju se prijelazne temperature. Zavise od pritiska, iako u različitim stepenima: tačka topljenja je slabija, temperatura isparavanja i sublimacije je jača. Pri normalnom i konstantnom pritisku dolazi do prijelaza na određenoj temperaturi i tu se odvija topljenje, ključanje i sublimacija (ili sublimacija). Sublimacija je prijelaz tvari iz čvrstog u plinovito stanje, što se može primijetiti, na primjer, u školjkama repova komete. Kada je kometa udaljena od Sunca, skoro sva njena masa je koncentrisana u njenom jezgru, koje meri 10-12 kilometara. Jezgro, okruženo malom plinskom školjkom, je takozvana glava komete. Kada se približava Suncu, jezgro i školjke komete počinju da se zagrijavaju, povećava se vjerojatnost sublimacije, a desublimacija se smanjuje. Gasovi koji izlaze iz jezgra komete zahvataju čvrste čestice, glava komete se povećava u zapremini i postaje gas i prašina po sastavu.
2. Fazni prijelazi prve i druge vrste.
Fazni prijelazi su nekoliko vrsta. Promjene u agregatnim stanjima tvari nazivaju se faznim prijelazima prvog reda ako:
1) Temperatura je konstantna tokom cijele tranzicije.
2) Jačina zvuka sistema se mijenja.
3) Entropija sistema se menja.
Da bi se dogodio takav fazni prijelaz, potrebno je da određena masa tvari obloži određenu količinu topline koja odgovara latentnoj toplini transformacije. Zaista, tokom prelaska kondenzovane faze u fazu sa nižom gustinom, određena količina energije mora se preneti u obliku toplote, koja će ići do uništenja kristalna rešetka(tokom topljenja) ili za uklanjanje molekula tekućine jedan od drugog (tokom isparavanja). Tokom transformacije, latentna toplina će ići u transformaciju kohezivnih sila, intenzitet toplinskog kretanja se neće promijeniti, kao rezultat toga, temperatura će ostati konstantna. Sa takvim prijelazom povećava se stepen nereda, a time i entropija. Ako proces ide do obrnuti smjer, tada se oslobađa latentna toplota. Fazni prijelazi prve vrste uključuju: transformaciju čvrste tvari u tekućinu (topljenje) i obrnuti proces (kristalizacija), tečnost u paru (isparavanje, ključanje). Jedna kristalna modifikacija - u drugu (polimorfne transformacije). Fazni prijelazi druge vrste uključuju: prijelaz normalnog vodiča u supravodljivo stanje, helija-1 u superfluidni helij-2, feromagneta u paramagnet. Metali kao što su gvožđe, kobalt, nikl i gadolinij ističu se po svojoj sposobnosti da budu visoko magnetizovani i da održavaju stanje magnetizacije dugo vremena. Zovu se feromagneti. Većina metala (alkalni i zemnoalkalni metali i značajan dio prelaznih metala) su slabo magnetizirani i ne zadržavaju ovo stanje izvan magnetnog polja – to su paramagneti. Fazni prijelazi druge, treće i tako dalje vrste povezuju se sa redoslijedom onih derivata termodinamičkog potencijala ∂f koji doživljavaju konačna mjerenja u prijelaznoj tački Takva klasifikacija faznih transformacija je povezana s radom teoretskog fizičara. Paul Ernest (1880 -1933). Dakle, u slučaju faznog prijelaza drugog reda, derivati drugog reda doživljavaju skokove na prijelaznoj tački: toplinski kapacitet pri konstantnom pritisku Cp = -T (∂f 2 / ∂T 2), kompresibilnost β = - (1 / V 0) (∂ 2 f / ∂p 2), koeficijent termičkog širenja α=(1/V 0)(∂ 2 f/∂Tp), dok prve derivacije ostaju kontinuirane. To znači da nema oslobađanja (apsorpcije) topline i promjene specifične zapremine (φ - termodinamički potencijal).
Stanje fazne ravnoteže karakteriše određeni odnos između temperature fazne transformacije i pritiska. Numerički, ova zavisnost za fazne prelaze data je Clausius-Clapeyron jednačinom: Dp/DT=q/TDV. Istraživanje na niskim temperaturama je veoma važna grana fizike. Činjenica je da je na ovaj način moguće riješiti se smetnji povezanih s haotičnim toplinskim kretanjem i proučavati fenomene u „čistom“ obliku. Ovo je posebno važno u proučavanju kvantnih pravilnosti. Obično se zbog haotičnog toplotnog kretanja fizička veličina usredsređuje na veliki broj njenih različitih vrednosti, a kvantni skokovi se „razmazuju“.
Niske temperature (kriogene temperature), u fizici i kriogenoj tehnologiji, temperaturni opseg je ispod 120°K (0°C=273°K); Rad Carnota (radio je na toplotnom stroju) i Clausius je postavio temelje za istraživanje svojstava plinova i para, odnosno tehničku termodinamiku. Godine 1850. Clausius je primijetio da se zasićena vodena para djelimično kondenzuje tokom ekspanzije i da postaje pregrijana tokom kompresije. Renu je dao poseban doprinos razvoju ove naučne discipline. Intrinzična zapremina molekula gasa na sobnoj temperaturi je približno hiljaditi deo zapremine koju zauzima gas. Osim toga, molekule se međusobno privlače na udaljenostima većim od onih s kojih počinje njihovo odbijanje.
Jednaka specifičnim vrijednostima entropije, uzete sa suprotnim predznakom i zapreminom: (4.30) Ako u tačkama koje zadovoljavaju faznu ravnotežu: , prvi derivati hemijskog potencijala za različite faze doživljavaju diskontinuitet: , (4.31 ) kažu da termodinamički sistem doživljava fazni prelaz 1. vrste. Fazne prelaze prve vrste karakteriše prisustvo latentne toplote faznog prelaza, ...
Protiv preopterećenja, nulta i maksimalna zaštita. - obezbijediti zaustavljanje plovila na srednjim tačkama trupa. svjetlosna signalizacija o režimima rada jedinice za dizanje u zgradi mašine za dizanje, od rukovaoca uređaja za utovar, od dispečera. Moderni podesivi DC električni pogoni za automatizovane podizne instalacije baziraju se na DC motorima...
44,5 cm, c = 12 cm, a = 20 cm, l = 8 cm Djelovanje sile magnetskog sistema procijenjeno je vrijednošću jednakom proizvodu modula polja H i njegovog gradijenta. Utvrđeno je da distribuciju modula polja H razmatranog magnetnog sistema karakteriše izražena ugaona zavisnost. Stoga je proračun modula polja H izveden sa korakom od 1° za tačke koje se nalaze na dva različita luka za sve...
Sistem se sastoji u dobijanju njegovog „faznog portreta“ (Volkenshtein, 1978). Omogućava otkrivanje stacionarnih stanja sistema i prirode njegove dinamike kada se od njih odstupa. Metoda faznih portreta se koristi u inženjerstvu za analizu i predviđanje ponašanja fizičkih sistema različite složenosti i u matematičkoj ekologiji za analizu dinamike populacije (Volkenshtein, 1978; Svirezhev...
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_0.jpg" alt="(!LANG:>FAZNI PRIJELAZI">!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_1.jpg" alt="(!LANG:>Glavni tipovi faznih prelaza (fizička klasifikacija)">!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_2.jpg" alt="(!LANG:>Fazni prelazi sa promjenom agregacijskog stanja ključanja (kondenzacija ) topljenje (kristalizacija) sublimacija"> Фазовые переходы с изменением агрегатного состояния кипение (конденсация) плавление (кристаллизация) сублимация (конденсация) Все эти процессы сопровождаются резким изменением порядка атомной, молекулярной или ионной структуры вещества (в зависимости от его природы). Обычно с изменением температуры эти фазовые переходы идут по такой схеме: дальний порядок (кристаллическая твердая фаза) ближний порядок (жидкость) беспорядок (газ) Увеличение температуры Уменьшение температуры дальний порядок (кристаллическая твердая фаза) беспорядок (газ) Иногда по другой:!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_3.jpg" alt="(!LANG:>2. Alotropni (polimorfni) fazni prijelazi Polimorfni fazni prijelazi se javljaju samo u čvrstom agregatu"> 2. Аллотропические (полиморфные) фазовые переходы Полиморфные фазовые переходы происходят только в твердом агрегатном состоянии между различными кристаллическими модификациями одного и того же вещества. Почти у каждого !} hemijski element ili veza postoji nekoliko modifikacija; svaki od njih ima svoju strukturu i određena fizička i hemijska svojstva. Polimorfna fazna tranzicija povezana je s promjenom redoslijeda atomske, molekularne ili jonske strukture tvari (ovisno o njenoj prirodi) i, kao posljedicu, s promjenom fizičko-hemijskih svojstava. FP-ovi ovog tipa su vrlo česti u stvarnim sistemima. Kristal monoklinskog sumpora Kristal rombičnog sumpora 95,5oS
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_4.jpg" alt="(!LANG:>3. Feroelektrični fazni prelazi Poznate su supstance po kojima pod određenim uslovi, možda neki"> 3. Сегнетоэлектрические фазовые переходы Известны вещества, для которых при определенных условиях возможно некоторое упорядочение элементарных дипольных моментов даже при отсутствии внешнего !} električno polje. Temperatura na kojoj se to događa naziva se temperatura feroelektričnog faznog prijelaza, ili Curiejeva tačka. Feroelektrična faza je faza sa uređenim dipolnim momentima, a antiferoelektrična faza sa neuređenim. VaTiO3 Supstance u kojima može doći do feroelektričnih faznih prelaza nazivaju se feroelektrici.
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_5.jpg" alt="(!LANG:>4. Magnetni fazni prijelazi sa odsutnošću"> 4. Магнитные фазовые переходы Известна группа веществ, обладающих большой спонтанной намагниченностью при отсутствии внешнего магнитного поля – это ферромагнетики. Для них возможно существование ферромагнитной и парамагнитной фаз. Ферромагнитная фаза соответствует упорядоченному состоянию элементарных магнитных моментов, парамагнитная – разупорядочению таких моментов. Элементарные магнитные моменты связаны со спиновыми магнитными моментами электронов; следовательно, упорядочение связано с электронной подсистемой вещества. Переход между этими фазами называют ферромагнитным ФП, а температуру, при которой он происходит – ферромагнитной температурой (точкой) Кюри.!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_6.jpg" alt="(!LANG:>5. Feroferomagnetni fazni prijelazi Poznate su supstance koje se pri određenim temperaturama reda se posmatra"> 5. Сегнетоферромагнитные фазовые переходы Известны вещества, у которых при определенных температурах наблюдается упорядочение как электрических, так и магнитных моментов. Такие вещества называют сегнетоферромагнетиками. Сегнетоферромагнитная фаза состоит из двух подсистем – электрической и магнитной, каждая из которых претерпевает переход при !} različite temperature, dakle, feroferromagnetsku faznu tranziciju treba okarakterizirati dvije Curie temperature (tačke), feroelektričnu i feromagnetnu. Stoga se cijeli fazni prijelaz događa u temperaturnom rasponu određenom razlikom između feroelektrične i feromagnetne Curie temperature. Električni i magnetni podsistemi se ne mogu smatrati potpuno nezavisnim, jer postoji korelacija između njih, iako slaba. Stoga se na električna svojstva feroferomagneta može utjecati korištenjem onih faktora koji djeluju na magnetski podsistem, na primjer, magnetsko polje, i obrnuto.
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_7.jpg" alt="(!LANG:>6. Prelazi u supravodljivo stanje šta je električno"> 6. Переходы в сверхпроводящее состояние Сущность явления сверхпроводимости состоит в том, что !} električni otpor neke tvari u području niskih temperatura postaje gotovo jednaka nuli. Kako temperatura raste, ovo svojstvo nestaje, a supstanca prelazi u normalnu fazu. Temperatura na kojoj se to događa naziva se kritična temperatura. Temperaturne zavisnosti otpora normalnih (N) i supravodljivih (S) metala
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_8.jpg" alt="(!LANG:>Kronologija povećanja supravodljive strukture prelazne temperature visokog HgBa2CuO4+δ Temperaturni superprovodnik">!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_9.jpg" alt="(!LANG:>Na temperaturi od 2,19 K tečni helijum se razdvaja u dve faze – Pakao i pakao."> При температуре 2,19 К жидкий гелий разделяется на две фазы – HeI и HeII. Сверхтекучесть, то есть способность жидкости течь без трения по очень тонким капиллярам, наблюдается для HeII. 7. Переходы в сверхтекучее состояние Аномальное течение HeII!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_10.jpg" alt="(!LANG:> termodinamički sistem mogu se pojaviti vrlo različiti FP. "> Kao što se može vidjeti iz razmatranih primjera, u termodinamičkom sistemu mogu se pojaviti vrlo raznoliki PT-ovi. Očigledno, da bi se razumjela suština PT-a, potrebno ih je prvo klasificirati, a ova klasifikacija treba da bude što je moguće opšta, ne navodeći istraživača da razmatra mnoge posebne slučajeve. Da bi se razmotrile opšte pravilnosti PT, potrebno je uvesti veličine i funkcije koje omogućavaju da se opiše kako pojedinačne faze tako i sam PT u celini. Najlakši način za to je sa termodinamičkim razmatranjem procesa.
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_11.jpg" alt="(!LANG:>Ehrenfest termodinamička klasifikacija faznih prelaza">!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_12.jpg" alt="(!LANG:>Prvi derivati Gibbsove energije Drugi derivati Gibbsove energije i fizičke veličine povezan s njima">
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_13.jpg" alt="(!LANG:>Promena termodinamičkih svojstava tokom faznih prelaza prve i druge vrste">!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_14.jpg" alt="(!LANG:>Termodinamička teorija faznih prelaza prve vrste koja se sastoji od pojedinca supstanca) heterogena"> Термодинамическая теория фазовых переходов I рода Рассмотрим однокомпонентную (т.е. состоящую из индивидуального вещества) гетерогенную систему, состоящую из r фаз. В однокомпонентных системах отдельные фазы представляют собой одно и то же вещество в различных фазовых состояниях. Пусть система является является закрытой (суммарное число молей ∑nr=const), а основными параметрами ее состояния служат p и T. Основной термодинамической функцией, характеризующей состояние такой системы, является энергия Гиббса G.!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_15.jpg" alt="(!LANG:>Za svaku od r faza ovog sistema možemo napisati sniziti odgovarajuće vrijednosti termodinamičkih parametara"> Для каждой из r фаз этой системы мы можем записать соответствующие значения термодинамических параметров и приписать ей химический потенциал: Фаза 1 – p1, T1, V1, S1, …, μ1; Фаза 2 – p2, T2, V2, S2, …, μ2; ………………………………… Фаза r – pr, Tr, Vr, Sr, …, μr. Состоянию равновесия отвечает равенство интенсивных параметров p, T и μ во всех фазах системы: T1=T2=...=Tr (условие термического равновесия); p1=p2=...=pr (условие механического равновесия) ; μ1= μ2=...= μr (условие химического равновесия). (здесь r=1,2,... равно числу фаз в системе).!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_16.jpg" alt="(!LANG:>Pretpostavimo radi jednostavnosti da su samo 2 faze."> Примем для упрощения, что в нашей однокомпонентной гетерогенной системе сосуществуют только 2 фазы. Условия равновесия для двухфазной системы: T1=T2; p1=p2; μ1= μ2. μ1(p,T)=μ2(p,T). Из определения химического потенциала, поэтому Давление и температура фазового перехода не являются независимыми переменными и должны быть связаны уравнением.!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_17.jpg" alt="(!LANG:>Hajde da dobijemo eksplicitan izraz za ovu zavisnost. Uzmimo u obzir to u jednokomponentnim sistemima"> Получим явное выражение для этой зависимости. Примем во внимание, что в однокомпонентных системах, состоящих из чистого вещества i, химический потенциал равен энергии Гибсса одного моля этого вещества: μi=Gi. При T, p = const условие равновесия: G1=G2. В общем случае выражения для G=G(p,T) в интегральной форме не могут быть найдены. Поскольку G – это функция состояния системы, то ее дифференциал – это полный дифференциал. Мы можем получить уравнение в дифференциальной форме.!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_18.jpg" alt="(!LANG:>Na osnovu izraza G=U+pV-TS, nakon diferencijaciju dobijamo: dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT Uzmimo u obzir izraz"> Исходя из выражения G=U+pV-TS, после дифференцирования получим: dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT. Примем во внимание выражение для объединенного I и II начала термодинамики dU=TdS-δA и соотношение δA=pdV; произведем замену: dG=TdS-pdV+pdV+Vdp-TdS-SdT. Мы получили выражение для полного дифференциала энергии Гиббса: dG=Vdp -SdT!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_19.jpg" alt="(!LANG:>Fazna transformacija se dešava na T,p=const i prati je promjena jačine zvuka V1 na V2."> Фазовое превращение происходит при T,p=const и сопровождается изменением объема от V1 до V2. Пусть оно происходит для 1 моля индивидуального вещества, тогда V1 до V2 – это молярные объемы первой и второй фазы. Для изобарно-изотермических потенциалов в двух равновесных фазах 1 и 2: dG1=V1dp-S1dT dG2=V2dp-S2dT Вычитая верхнее уравнение из нижнего, получим: dG2 - dG1 =(V2 - V1) dp – (S2 - S1)dT. Изменения T и p здесь не являются независимыми; они такие, при которых сохраняется равновесие между фазами 1 и 2.!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_20.jpg" alt="(!LANG:>Dakle, između T i p se pohranjuje funkcionalna veza odgovara faznoj ravnoteži. Stoga, ako je "> Dakle, funkcionalni odnos je očuvan između T i p, koji odgovara faznoj ravnoteži. Stoga, ako je G1 = G2 (ravnoteža na T i p), onda je G1 + dG1 = G2 + dG2 (ravnoteža na T + dT i p + dp). Tada je dG1=dG2, ili dG1-dG2 = 0. Dakle, (V2 - V1) dp - (S2 - S1)dT=0 ili. Uzmimo u obzir da je Qph.p toplota fazne transformacije apsorbovana tokom prelaska 1 mola supstance iz faze 1 u fazu 2; ΔHf.p. je molarna entalpija faznog prelaza.
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_21.jpg" alt="(!LANG:>Kombinacija zadnje dvije jednadžbe i označavanje V2 -V1=ΔV ( razlika molarne zapremine dvije faze), "> Kombinirajući posljednje dvije jednadžbe i označavajući V2 -V1 \u003d ΔV (razlika u molarnim volumenima dvije faze), dobijamo: Ovdje je T temperatura faznog prijelaza (ključanje, taljenje, polimorfna transformacija, itd.) Ova jednačina se naziva Clausius-Clapeyronova jednačina i opća je termodinamička jednačina primjenjiva na sve fazne prijelaze čistih tvari koja pokazuje kako se temperatura faznog prijelaza mijenja s pritiskom.
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_22.jpg" alt="(!LANG:>Prelaz između kondenzovanih faza Za topljenje (kristalna faza - tečni prelaz)"> Переход между конденсированными фазами Для плавления (перехода кристаллическая фаза – жидкость) удобнее переписать уравнение Клаузиуса-Клапейрона в виде: , – изменение температуры плавления при изменении давления. где Если Vж>Vкр и ΔV>0, то с увеличением давления температура плавления повышается (большинства веществ). Если ΔV!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_23.jpg" alt="(!LANG:>Prelaz tečnost-para (isparavanje) Ako uslovi faznog prelaza (p ,T) su dovoljno daleko od kritičnog"> Переход жидкость – пар (испарение) Если условия фазового перехода (p,T) достаточно далеки от критической точки, то Vпар>>Vж, и тогда ΔV= Vпар-Vж≈ Vпар. Для 1 моля идеального газа. Тогда (ΔHисп – молярная энтальпия испарения), откуда Поскольку ΔHисп, R и T всегда положительны, то >0. C ростом T давление насыщенного пара над жидкостью всегда увеличивается.!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_24.jpg" alt="(!LANG:>Prilazna kristalna faza - para (sublimacija) Clausius-Clapeyronova jednačina ima isti izgled ali"> Переход кристаллическая фаза – пар (сублимация) Уравнение Клаузиуса-Клапейрона имеет тот же вид, но вместо ΔHисп – энтальпия сублимации ΔHсуб:!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_25.jpg" alt="(!LANG:>Ponekad Clausius-Clapeyronova jednadžba za prelazak iz kondenzirane faze gasovitom zapisuje se u integralnom obliku:"> Иногда уравнение Клаузиуса-Клапейрона для перехода из конденсированной фазы в газообразную записывается в интегральном виде: Эта форма уравнения справедлива только для узкого интервала температур, в котором ΔH испарения или сублимации можно приближенно считать постоянной величиной. Строго говоря, это не так: зависимость Qp=ΔH изобарного процесса от температуры подчиняется закону Кирхгофа:!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_26.jpg" alt="(!LANG:>Dakle, ušli smo u diferencijal (i za neke posebne slučajeve - i u integralu)"> Итак, мы получили в дифференциальной (а для некоторых частных случаев – и в интегральной) форме математическое выражение, которые устанавливает строгую взаимосвязь между термодинамическими параметрами p и T, характеризующими равновесие между двумя различными фазами в однокомпонентной системе. Однако в общем случае нам неизвестен интегральный вид уравнений состояния различных фаз, даже для однокомпонентных систем. Исключением является лишь уравнение Менделеева-Клапейрона, применимое, когда компоненты газообразной фазы подчиняются законам идеальных газов, и ряд более или менее удачно подобранных, но довольно сложных уравнений, описывающих состояние реальных газов и реальных индивидуальных жидкостей.!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_27.jpg" alt="(!LANG:>Fazne transformacije druge vrste nastaju u kristalima kada su tačkasti defekti naređeno (kada se struktura promijeni"> Фазовые превращения второго рода происходят в кристаллах при упорядочении точечных дефектов (когда изменения структуры минимальные), при превращении ферромагнитных веществ в парамагнитные, при переходе в сверхпроводящее и сверхтекучее состояние и т.д. Наиболее общей и полной термодинамической теорией ФП второго рода в настоящее время является теория Ландау, разработанная им в 1937 г. Теория фазовых переходов II рода!}
Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_28.jpg" alt="(!LANG:>U Landauovoj teoriji pretpostavlja se da pojedinačne faze sistemi se međusobno razlikuju fizičkim svojstvima,"> В теории Ландау предполагается, что отдельные фазы системы отличаются друг от друга физическими свойствами, изменение которых характеризуют некоторые дополнительные параметры. Т.е., кроме обычных термодинамических параметров (T и p для G), для термодинамического потенциала вводят еще параметры η1, η2 … ηn, которые называют параметрами упорядочения соответствующих подсистем. Пусть фаза имеет только один параметр упорядочения η. Параметр упорядочения характеризует !} fizičko stanje zasebna faza i obično se bira na način da je za jednu fazu jednaka 0, a za drugu različita od nule. Faza za koju je η=0 konvencionalno se naziva neuređenom fazom, a faza sa η≠0 naziva se uređenom. U ovoj interpretaciji, fazni prijelaz je povezan s prijelazom sistema iz uređenog stanja u neuređeno.
FAZNI PRIJELAZ, fazna transformacija, u širem smislu - prijelaz supstance iz jedne faze na drugu kada se spoljni uslovi promene - temperatura, pritisak, magnetni i električni. polja, itd.; u užem smislu - nagla promjena u fizičkom. svojstva sa kontinuiranom promjenom vanjskih parametara. Razlika između dva tumačenja pojma "F. p." vidi se iz sljedećeg primjera. U užem smislu, prijelaz tvari iz plinovite faze u plazmastu (up. plazma) nije F. p., pošto jonizacija gas se javlja postepeno, ali u širem smislu to je F. p. U ovom članku izraz "F. p." posmatrano u užem smislu.
Vrijednost temperature, pritiska ili k.-l. još jedan fizički Količine pri kojima se javlja fazni prijelaz nazivaju se prijelaznom tačkom.
Postoje F. p. dvije vrste. Tokom F. p. prve vrste, takvi termodinamički uslovi se naglo menjaju. karakteristike supstance, kao što su gustina, koncentracija komponenti; u jedinici mase, vrlo određena količina toplote se oslobađa ili apsorbuje, što se naziva. prelazna toplota. Sa F. p. druge vrste neka vrsta fizičke. vrijednost jednaka nuli na jednoj strani prelazne tačke postepeno se povećava (od nule) kako se udaljavate od prelazne tačke na drugu stranu. U ovom slučaju, gustoća i koncentracije se kontinuirano mijenjaju, toplina se ne oslobađa niti apsorbira.
F. p. je pojava rasprostranjena u prirodi. Foničke pojave prve vrste uključuju: isparavanje i kondenzaciju, topljenje i očvršćavanje, sublimaciju i kondenzaciju u čvrstu fazu i određene strukturne prelaze u čvrstim materijama, na primjer. obrazovanje martenzit u leguri gvožđa i ugljenika. AT antiferomagneti sa jednom osom magnetizacije magnetnih podrešetki Fazni prelaz prve vrste nastaje u spoljašnjem magnetnom polju usmerenom duž ose. Pri određenoj vrijednosti polja momenti magnetnih podrešetki se rotiraju okomito na smjer polja (dolazi do "prevrtanja" podrešetke). U čistim supravodnicima, magnetsko polje inducira fazni prijelaz prve vrste iz supravodljivog u normalno stanje. .
At apsolutna nula temperature i fiksnog volumena, faza sa najnižom energetskom vrijednošću je termodinamički ravnotežna. Fazni prijelaz prve vrste u ovom slučaju nastaje pri onim vrijednostima pritiska i vanjskih polja pri kojima se upoređuju energije dvije različite faze. Ako popravite ne volumen tijela V, i pritisak R, zatim u termodinamičkom stanju. ravnoteže, minimum je Gibbsova energija F (ili G), a na prelaznoj tački u faznoj ravnoteži postoje faze sa istim vrijednostima F .
Mnoge tvari pod niskim pritiscima kristaliziraju u labavo zbijene strukture. Na primjer, kristalno vodonik sastoji se od molekula smještenih na relativno velikim udaljenostima jedna od druge; struktura grafit je niz udaljenih slojeva atoma ugljika. Pri dovoljno visokim pritiscima, takve labave strukture odgovaraju velikim vrijednostima Gibbsove energije. Niže vrijednosti F pod ovim uslovima odgovaraju ravnotežnim fazama usko zbijenih. Stoga se pri visokim pritiscima grafit pretvara u dijamant, i molekularno kristalno. vodonik mora preći u atomski (metal). kvantne tečnosti 3 He i 4 He ostaju tečni pri normalnom pritisku do najnižih dostignutih temperatura (T ~ 0,001 K). Razlog tome je slaba interakcija čestica i velika amplituda njihovih oscilacija pri temp-pax blizu abs. nula (tzv. nulte oscilacije ). Međutim, povećanje pritiska (do 20 atm pri T = 0 K) dovodi do skrućivanja tekućeg helijuma. Pri temp-pax različitoj od nule i datim tlaku i temperaturi, faza ravnoteže je još uvijek faza s minimalnom Gibbsovom energijom (minimalna energija, od koje se oduzimaju rad sila pritiska i količina topline koja se javlja sistemu) .
Za F. p. I vrstu karakterizira postojanje područja metastabilne ravnoteže u blizini krive F. p. I vrste (na primjer, tekućina se može zagrijati na temperaturu iznad tačke ključanja ili prehlađena ispod tačke smrzavanja) . Metastabilna stanja postoje dosta dugo, iz razloga što formiranje nove faze sa nižom vrijednošću F (termodinamički povoljnije) počinje pojavom jezgara ove faze. Dobitak u vrijednosti Φ tokom formiranja jezgra je proporcionalan njegovoj zapremini, a gubitak proporcionalan površini (vrijednosti površinska energija). Nastali mali embriji se povećavaju F, i stoga će se, sa velikom vjerovatnoćom, smanjiti i nestati. Međutim, jezgre koje su dostigle određenu kritičnu veličinu rastu i cijela tvar prelazi u novu fazu. Formiranje embrija je kritično. veličina je vrlo malo vjerojatan proces i javlja se prilično rijetko. Vjerovatnoća formiranja jezgara je kritična. veličina se povećava ako tvar sadrži strane makroskopske inkluzije. veličine (npr. čestice prašine u tečnosti). zatvori kritična tačka razlika između ravnotežnih faza i površinske energije opada, lako se formiraju jezgra velikih veličina i bizarnih oblika, što utiče na svojstva supstance .
Primjeri F. p. II vrste - pojava (ispod određene temperature u svakom slučaju) magnetnog momenta u magnetu tokom prijelaza paramagnet - feromagnet, antiferomagnetsko uređenje tokom prijelaza paramagnet - antiferomagnet, pojava supravodljivosti u metalima i legurama, pojava superfluidnosti u 4 He i 3 He, sređivanje legura, pojava spontane (spontane) polarizacije materije pri prelazu paraelektrične feroelektrični itd.
L. D. Landau(1937) je predložio opštu interpretaciju svih PT druge vrste kao tačaka promene simetrije: iznad prelazne tačke, sistem ima veću simetriju nego ispod prelazne tačke. Na primjer, u magnetu iznad točke prijelaza smjera elementarnih magnetnih momenata (vrti)čestice su nasumično raspoređene. Stoga, istovremena rotacija svih okretaja ne mijenja fizičku. svojstva sistema. Ispod prelaznih tačaka, leđa imaju preferencijalnu orijentaciju. Njihova istovremena rotacija mijenja smjer magnetskog momenta sistema. Drugi primjer: u dvokomponentnoj leguri, čiji atomi A i B nalazi se na čvorovima jednostavnog kubika kristalna rešetka, neuređeno stanje karakterizira haotična distribucija atoma A i B po mjestima rešetke, tako da pomak rešetke za jedan period ne mijenja njena svojstva. Ispod prelazne tačke, atomi legure su poređani: ...ABAB... Pomak takve rešetke za period dovodi do zamjene svih atoma A sa B ili obrnuto. Kao rezultat uspostavljanja reda u rasporedu atoma, smanjuje se simetrija rešetke.
Sama simetrija se pojavljuje i naglo nestaje. Međutim, vrijednost koja karakterizira asimetriju (parametar reda) može se kontinuirano mijenjati. Za faznu tranziciju druge vrste, parametar reda je jednak nuli iznad prelazne tačke i na samoj tački prelaza. Na sličan način se ponaša, na primjer, magnetni moment feromagneta, električni. polarizacija feroelektrika, gustina superfluidne komponente u tečnom 4 He, verovatnoća detekcije atoma ALI na odgovarajućem mestu kristala. dvokomponentne rešetke od legure itd.
Odsustvo skokova u gustoći, koncentraciji i toplini prijelaza karakteristično je za fazu II druge vrste. Ali potpuno ista slika se uočava u kritičkom. tačka na krivulji F. p. prve vrste . Sličnost je veoma duboka. Blizu kritičnog tačka, stanje materije se može okarakterisati veličinom koja igra ulogu parametra reda. Na primjer, u slučaju kritičnog tačke na krivulji ravnoteže tečnost-para su odstupanje gustine od srednje vrednosti. Prilikom kretanja duž kritične izohora sa strane visokih temperatura, gas je homogen, a ova vrednost je jednaka nuli. Ispod kritična temperatura tvar se razdvaja u dvije faze, u svakoj od kojih odstupanje gustine od kritične nije jednako nuli. Pošto se faze malo razlikuju jedna od druge blizu tačke faznog prelaza druge vrste, moguće je formiranje velikih jezgara jedne faze u drugoj. (fluktuacije), na isti način kao skoro kritičan. bodova. Mnoge kritike su povezane sa ovim. fenomeni tokom F. p. druge vrste: beskonačno povećanje magnetske osetljivosti feromagneta i dielektrične konstante feroelektrika (analog je povećanje kompresibilnosti blizu kritične tačke tečnost-para), beskonačno povećanje toplotnog kapaciteta , anomalno rasipanje elektromagnetnih talasa [svetlosti u tečnosti i pari , X-zrake u čvrstim materijama], neutroni u feromagnetima. Dinamičke pojave se također značajno mijenjaju, što je povezano sa vrlo sporom apsorpcijom nastalih fluktuacija. Na primjer, blizu kritičnog tačka tečnost-para sužava Rayleighovu liniju rasipanje svetlosti, blizu Curie tačke feromagneti i Neel bodova antiferomagneti, spin difuzija se usporava itd. Cf. veličina fluktuacije (korelacijski radijus) R raste kako se približavamo tački druge vrste F. p. i postaje beskonačno velika u ovoj tački.
Savremeni napredak u teoriji funkcionalnih fenomena druge vrste i kritičnih pojava zasniva se na hipotezi sličnosti. Pretpostavlja se da ako prihvatimo R po jedinici dužine, i up. vrijednost parametra poretka ćelije sa rubom R- po jedinici mere parametra reda, onda ceo obrazac fluktuacija neće zavisiti ni od blizine prelazne tačke, ni od specifične supstance. Sve termodinamički. količine su funkcije snage R. Eksponenti se nazivaju kritične dimenzije (indeksi). Oni ne zavise od određene supstance i određeni su samo prirodom parametra narudžbe. Na primjer, dimenzije u Curie točki izotropnog materijala, čiji je parametar reda vektor magnetizacije, razlikuju se od dimenzija u kritičnoj. tačka tečnost - para ili u Kirijevoj tački jednoosnog magneta, gde je parametar poretka skalarna vrednost.
Blizu prelazne tačke jednadžba stanja ima karakterističan oblik zakona odgovarajućih država. Na primjer, blizu kritičnog tačka omjer tekućina-para (p - p k) / (p f - p g) ovisi samo o (p - p c) / (p f - p g) * K T(ovdje je p gustina, p k je kritična gustina, p f je gustina tečnosti, p g je gustina gasa, R - pritisak, p do - kritični pritisak, K T - izotermni kompresibilnost),štaviše, tip zavisnosti sa odgovarajućim izborom skale je isti za sve tečnosti .
Veliki napredak je postignut u teoriji kritičan proračun. dimenzije i jednadžbe stanja se dobro slažu sa eksperimentalnim podacima.
Dalji razvoj teorije FP-a druge vrste povezan je sa primjenom metoda kvantne teorije polja, posebno metode renormalizacijske grupe. Ova metoda u principu omogućava pronalaženje kritičnih indeksa sa bilo kojom potrebnom tačnošću.
Podjela faznih prijelaza na dvije vrste je donekle proizvoljna, jer postoje fazni prijelazi prve vrste sa malim skokovima toplotnog kapaciteta i drugih veličina i male topline prijelaza sa visoko razvijenim fluktuacijama. F. p. - kolektivni fenomen koji se javlja pod strogo određene vrijednosti temperature i druge veličine samo u sistemu koji ima proizvoljno veliki brojčestice.
Lit.: Landau L. D., Lifshits E. M., Statistička fizika, 2. izdanje, M., 1964 (Teorijska fizika, tom 5); Landau L. D., Akhiezer A. I., Lifshits E. M., Kurs opšte fizike. Mehanika i molekularna fizika, 2. izd., M., 1969; Bpayt R., Fazni prijelazi, trans. sa engleskog, M., 1967;Fisher M., Priroda kritično stanje, per. sa engleskog, M., 1968; Stanley G., Fazni prijelazi i kritični fenomeni, trans. sa engleskog, M., 1973; Anisimov M. A., Studije kritičnih pojava u tečnostima, "Napredak u fizičkim naukama", 1974, v. 114, c. 2; Patašinski A. 3., Pokrovski V. L., Teorija fluktuacije faznih prelaza, M., 1975; Kvantna teorija polja i fizika faznih prelaza, prev. sa engleskog, M., 1975 (Vijesti fundamentalna fizika, problem. 6); Wilson K., Kogut J., Renormalizacijska grupa i s-ekspanzija, trans. sa engleskog, M., 1975 (Vijesti iz fundamentalne fizike, v. 5).
AT. L. Pokrovsky.
Prema materijalima BSE.
koncept faza u termodinamici se razmatraju u širem smislu od agregatnih stanja. Prema, pod faza u termodinamici, oni razumiju termodinamički ravnotežno stanje tvari, koje se po fizičkim svojstvima razlikuje od drugih mogućih ravnotežnih stanja iste tvari. Ponekad se neravnotežno metastabilno stanje supstance naziva i faza, ali metastabilno. Faze tvari mogu se razlikovati po prirodi kretanja strukturnih čestica i prisutnosti ili odsustvu uređene strukture. Različite kristalne faze mogu se međusobno razlikovati po vrsti kristalne strukture, električnoj provodljivosti, električnim i magnetskim svojstvima itd. Tečne faze se međusobno razlikuju po koncentraciji komponenti, prisustvu ili odsustvu supravodljivosti itd.
Prijelaz tvari iz jedne faze u drugu naziva se fazni prelaz . Fazni prelazi uključuju fenomene isparavanja i topljenja, kondenzacije i kristalizacije, itd. U dvofaznom sistemu, faze su u ravnoteži na istoj temperaturi. Sa povećanjem volumena, dio tekućine prelazi u paru, ali istovremeno, da bi se temperatura održala nepromijenjena, potrebno je prenijeti određenu količinu topline izvana. Dakle, da bi se izvršio prijelaz iz tekuće faze u plinoviti sistem, potrebno je prenijeti toplinu bez promjene temperature sistema. Ova toplota se koristi za promjenu faznog stanja materije i naziva se toplina fazne transformacije ili latentna toplina prijelaza . Sa povećanjem temperature, latentna toplina prijelaza fiksne mase materije opada, a na kritičnoj temperaturi jednaka je nuli. Za karakterizaciju faznog prijelaza koristi se specifična toplina faznog prijelaza. Specifična toplota faznog prelaza je količina latentne topline po jedinici mase tvari.
Fazni prijelazi s apsorpcijom ili oslobađanjem latentne topline prijelaza nazivaju se fazni prijelazi prvog reda . U ovom slučaju, unutrašnja energija i gustina se naglo mijenjaju. Kada se prelazi iz uređenijeg stanja u manje uređeno stanje, entropija se povećava. U tabeli su navedeni fazni prijelazi prvog reda i njihove glavne karakteristike.
Table. Fazni prijelazi prvog rada i njihove glavne karakteristike .
|
fazni prelaz |
Smjer tranzicije |
Latentna toplina prijelaza |
Promjena entropije tokom faznog prijelaza |
|
isparavanje |
tečnost para |
L P je specifična toplota isparavanja, t- masa tečnosti pretvorena u paru. |
Entropija se povećava |
|
Kondenzacija |
Para tečnost |
L KOH je vrijednost specifične toplote kondenzacije, t- masa pare pretvorena u tečnost |
ΔS cr< 0 |
|
Topljenje |
Čvrsta tečnost |
L PL je specifična toplota fuzije, t- masa čvrstog tijela pretvorena u tečnost |
Entropija se povećava ΔS pl > 0 |
|
Kristalizacija |
tečnost čvrsta |
L KR t- masa tečnosti pretvorena u čvrsto telo - kristal |
ΔS cr< 0 |
|
Sublimacija (ili sublimacija) |
Čvrsto Para |
L With je specifična toplota sublimacije, t- masa čvrstog tijela pretvorena u paru |
|
|
desublimacija (Kristalizacija zaobilazeći tečnu fazu) |
Para Čvrsto (zaobilazeći tečnu fazu) |
L KR je vrijednost specifične toplote kristalizacije, t- masa pare preneta na čvrsto telo - kristal |
ΔS cr< 0 |
, gdje
Entropija se smanjuje
, gdje
, gdje
Entropija se smanjuje
, gdje
Entropija se povećava
, gdje
Entropija se smanjujeWith 
postoji veza između pritiska pri kojem je dvofazni sistem u ravnoteži i temperature tokom faznih prelaza prvog reda. Ovaj odnos je opisan
. Razmotrimo izvođenje ove jednačine za zatvorene sisteme. Ako je broj čestica u sistemu konstantan, onda je promjena unutrašnje energije, prema prvom zakonu termodinamike, određena izrazom: . Ravnoteža između faza doći će pod uvjetom da je T 1 = T 2 i P 1 = P 2. Razmotrimo beskonačno mali reverzibilni Carnotov ciklus (slika 6.8), čije izoterme odgovaraju stanju dvofaznog sistema na temperaturama T i dT. Budući da se parametri stanja u ovom slučaju mijenjaju beskonačno malo, izoterme i adijabate na slici 6.8 su prikazane kao prave linije. Pritisak u takvom ciklusu se mijenja za dP. Rad sistema po ciklusu određuje se formulom: 
. Pretpostavimo da je ciklus implementiran za sistem čija je masa materije jednaka jedan. Efikasnost takvog elementarnog Carnotovog ciklusa može se odrediti formulama: 
ili 
, gdje L P je specifična toplota isparavanja. Izjednačavajući prave dijelove ovih jednakosti i zamjenjujući izraz rada kroz pritisak i zapreminu, dobijamo: 
. Povezujemo promenu pritiska sa promenom temperature i dobijamo:
(6.23)
Jednačina (6.23) se zove Clausius-Clapeyron jednadžba
. Analizirajući ovu jednačinu, možemo zaključiti da sa povećanjem temperature pritisak raste. Ovo proizilazi iz činjenice da 
, što znači 
.
Clausius-Clapeyronova jednačina je primjenjiva ne samo na prelaz tekućina-para. Primjenjuje se na sve prijelaze prve vrste. Generalno, može se napisati ovako:
(6.24)
Koristeći Clapeyron-Clausiusovu jednačinu, može se predstaviti dijagram stanja sistema u P,T koordinate(sl.6.9). U ovom dijagramu, kriva 1 je kriva sublimacije. Odgovara ravnotežnom stanju dvije faze: čvrste i pare. Tačke lijevo od ove krive karakteriziraju jednofazno čvrsto stanje. Tačke na desnoj strani karakteriziraju stanje pare. Kriva 2 je kriva topljenja. Odgovara ravnotežnom stanju dvije faze: čvrste i tečne. Tačke lijevo od ove krive karakteriziraju jednofazno čvrsto stanje. Tačke desno od njega do krive 3 karakterišu tečno stanje. Kriva 3 je kriva isparavanja. Odgovara ravnotežnom stanju dvije faze: tekućine i pare. Tačke koje leže lijevo od ove krive karakteriziraju jednofazno tekuće stanje. Tačke na desnoj strani karakteriziraju stanje pare. Kriva 3, za razliku od krivulja 1 i 2, je omeđena s obje strane. S jedne strane - trostruki bod Tr, s druge strane - kritična tačka K (sl. 6.9). trostruki bod opisuje ravnotežno stanje tri faze odjednom: čvrste, tečne i pare.
Belousova Julia, Koban Anastasia
U radu su opisani fazni prijelazi materije. Fazni balans. Topljenje, kristalizacija, isparavanje, kondenzacija.
Skinuti:
Pregled:
Da biste koristili pregled prezentacija, kreirajte račun za sebe ( račun) Guglajte i prijavite se: https://accounts.google.com
Naslovi slajdova:
Istraživački rad u fizici: Fazni prijelazi materije
Plan: Oblast objekta i predmet rada Relevantnost studije Svrha i ciljevi studije Upoznavanje sa početnim informacijama o faznim prelazima Vrste faznih prelaza Fazna ravnoteža Procesi u faznim prelazima Zaključak
Ciljna oblast Fizika je nauka o svemiru, koja nam omogućava da razmotrimo i spoznamo proces oko nas u svim njegovim suptilnostima. “Najljepše što možemo doživjeti je neshvatljivo. To je izvor istinske umjetnosti i nauke.” Albert Einstein.
Predmet proučavanja Za predmet proučavanja u ovoj oblasti razmotrićemo proces faznog prelaza materije.
Relevantnost teme Ova tema je interesantna i relevantna jer tokom posljednjih godina Dobro je poznato da se fazni prijelazi naširoko koriste u raznim oblastima nauke i tehnologije. Fazni prijelazi se mogu pripisati najpraktičnijim načinima primjene fizičkih efekata.To je zbog činjenice da su fazni prijelazi: Često se koriste u patentima i praktičnim rješenjima.
Svrha rada: Upoznavanje sa osnovnim pojmovima moderna nauka o različitim tipovima faznih ravnoteža i o fizičke osobine procesi materijalnih prelazaka iz jedne faze u drugu.
Zadaci: Razmatranje koncepta faznog prelaza Identifikacija tipova faznog prelaza i glavnih karakteristika Razmatranje fazne ravnoteže Uspostavljanje različitih procesa faznog prelaza
Koncept faznog prelaza Fazni prelaz, fazna transformacija, u širem smislu - prelazak supstance iz jedne faze u drugu pri promeni spoljašnjih uslova - temperature, pritiska, magnetnog i električnog polja itd. U užem smislu, nagla promjena fizička svojstva uz kontinuiranu promjenu vanjskih parametara.
Vrste faznih prelaza Fazni prelazi se dele na tipove I i II.Promene agregacionog stanja supstance nazivaju se faznim prelazima prve vrste ako: 1) Temperatura je konstantna tokom celog prelaza. 2) Jačina zvuka sistema se mijenja. 3) Entropija sistema se menja. Fazni prijelazi druge vrste su fazni prijelazi u kojima se prvi derivati termodinamičkih potencijala u odnosu na tlak i temperaturu kontinuirano mijenjaju, dok njihovi drugi derivati doživljavaju skok. Iz ovoga posebno proizilazi da se energija i zapremina supstance ne menjaju tokom faznog prelaza drugog reda, ali se menjaju njen toplotni kapacitet, kompresibilnost, različite osetljivosti itd.
Dijagram faznog prijelaza koji prikazuje granice prvog i drugog reda tekuće i plinovite faze
Fazna ravnoteža Uslov fazne ravnoteže može se dobiti iz teorema termodinamike. Kada je sistem u ravnoteži, temperature i pritisci svih njegovih faza su isti. Ako se održavaju konstantnim, termodinamički potencijal sistema može samo da se smanji. U ravnoteži poprima minimalnu vrijednost. Neka je m 1 masa prve, a m 2 masa druge faze. 1 i 2 specifični termodinamički potencijali materije u ovim fazama. Termodinamički potencijal cijelog sistema predstavljen je kao F \u003d m 1 1 + m 2 2. Ako je 1 2, onda je svaka transformacija faze 1 u fazu 2 praćena smanjenjem F. Ova transformacija će nastaju sve dok cijela faza 1 ne pređe u stabilniju fazu 2. Tada će sistem postati jednofazni, a njegov termodinamički potencijal će dostići minimalna vrijednost m 2 . Naprotiv, ako je 1 2, tada će se faza 2 na kraju pretvoriti u fazu 1. Samo pod uslovom 1 (P, T) = 2 (P, T) (1) Faze će biti u ravnoteži sa jedan drugog. Dakle, uslov za faznu ravnotežu je jednakost njihovih specifičnih termodinamičkih potencijala.
Dijagram fazne ravnoteže ugljičnog dioksida:
Značenje uvjeta (1) je da za bilo koju faznu transformaciju vrijednost specifičnog termodinamičkog potencijala ostaje nepromijenjena. Dakle, sa svim promjenama u agregatnom stanju, njen specifični termodinamički potencijal se uvijek kontinuirano mijenja
Procesi u faznim prelazima Razmotrite: isparavanje i kondenzaciju topljenje i kristalizaciju ključanje i pregrijavanje tečnosti
Isparavanje i kondenzacija Prelazak tečnosti u gasovito stanje naziva se isparavanjem, a prelazak čvrste supstance u gasovito stanje naziva se sublimacija. Toplina koja se mora prenijeti jedinici mase tvari da bi se pretvorila u paru na istoj temperaturi koju je tvar imala prije isparavanja naziva se specifična toplina isparavanja. Tokom kondenzacije, toplota utrošena tokom isparavanja se vraća: tečnost nastala tokom kondenzacije se zagreva. Za para koja je u ravnoteži sa svojom tečnošću kaže se da je zasićena. Pritisak pri kojem se opaža ravnoteža naziva se tlak pare zasićenja.
Isparavanje neke tečnosti Isparavanje nekih vrsta tečnosti na dijagramu
Prijelaz topljenja i kristalizacije kristalno telo u tečno stanje se javlja na određenoj temperaturi za svaku supstancu i zahtijeva utrošak određene količine topline, koja se naziva toplina fuzije. Tačka topljenja zavisi od pritiska. Dakle, prijelaz iz kristalnog u tečno stanje odvija se pod sasvim određenim uvjetima, karakteriziranim pritiscima i temperaturama. Skup ovih vrijednosti odgovara krivulji na dijagramu (p, T), koja se obično naziva krivulja topljenja
Proces obrnutog topljenja kristalizacije se odvija na sljedeći način. Kada se tečnost ohladi na temperaturu na kojoj čvrsta i tečna faza mogu biti u ravnoteži pri datom pritisku (tj. do iste temperature na kojoj je došlo do topljenja), kristali počinju da rastu istovremeno oko tzv. jezgri ili kristalizacionih centara. . Rastući sve više i više, pojedinačni kristali se na kraju zbližavaju jedan s drugim, formirajući polikristal solidan. Proces kristalizacije je praćen oslobađanjem iste količine toplote koja se apsorbuje tokom topljenja.
Topljenje
Dijagram: topljenje - kristalizacija
Vrenje i pregrijavanje tečnosti Ako se tečnost u posudi zagreva pri konstantnom spoljašnjem pritisku sa slobodna površina tečnosti. Ovaj proces isparavanja naziva se isparavanjem. Po dostizanju određene temperature, koja se zove tačka ključanja, formiranje pare počinje da se dešava ne samo sa slobodne površine, već mjehurići pare rastu i dižu se na površinu, povlačeći sa sobom i samu tekućinu. Proces isparavanja postaje turbulentan. Ova pojava se zove ključanje. Pregrijana voda se može dobiti, na primjer, u kvarcnoj tikvici s glatkim stijenkama. Bocu dobro isperite prvo sumpornom, azotnom ili nekom drugom kiselinom, a zatim destilovanom vodom. U ispranu tikvicu ulijeva se destilirana voda iz koje se produženim ključanjem uklanja otopljeni u njoj zrak. Nakon toga se voda u tikvici može zagrijati na plinskom plameniku na temperaturu mnogo veću od točke ključanja, a opet neće ključati, već samo intenzivno isparavati sa slobodne površine. Samo povremeno se na dnu tikvice formira mjehur pare, koji brzo raste, odvaja se od dna i izdiže na površinu tekućine, a njegove dimenzije se pri podizanju jako povećavaju. Tada voda ostaje mirna dugo vremena. Ako se u takvu vodu unese embrion u plinovitom obliku, na primjer, baci se prstohvat čaja, tada će on burno prokuhati, a temperatura će mu brzo pasti na tačku ključanja. Ovo efikasno iskustvo ima karakter eksplozije.
Vrenje Temperatura vode pri ključanju jezgri
Zaključak Ovaj rad je omogućio da se sazna više o procesima koji se dešavaju kada jedno stanje materije prelazi u drugo, koje karakteristike svaka od faza i stanja ima. Gledajući procese oko sebe, lako možemo reći kako se to dešava, poznavajući samo osnovnu teoriju. Stoga nam fizika pomaže da naučimo većinu zakona prirodnih nauka koji će nam pomoći u budućnosti.