Valós rendszerek és fázisátmenetek. Fázisátmenetek A fázisátalakulások fő típusai (fizikai osztályozás)

2. Első és második típusú fázisátmenetek……………………………..4

3. Ideális gáz………………………………………………………….7

4. Valódi gáz………………………………………………………….8

5. A kritikus jelenségek molekuláris-kinetikai elmélete….….9

6. Szuperfolyékonyság…………………………………………………………..11

7. Szupravezetés…………………………………………………..13

7.1 A szupravezetés felfedezése…………………………..13

7.2 Elektron-fonon kölcsönhatás………………..14

7.3. Első és második típusú szupravezetők…………16

7.4 Szupravezető készítésének receptje…………….17

7.5 Biztonsági óvintézkedések…………………………………….18

7.6 A Meisner-effektus……………………………………………………………………………20

8. Következtetés……………………………………………………….22

9. Hivatkozások……………………………………………….25

1. Bemutatkozás.

A fázisokat a fizikai-kémiai rendszerek homogén különböző részeinek nevezzük. Egy anyag akkor homogén, ha az anyag halmazállapotának minden paramétere megegyezik minden térfogatában, amelynek méretei nagyok az atomközi állapotokhoz képest. A különböző gázok keverékei mindig egy fázist alkotnak, ha a térfogatban azonos koncentrációban vannak.

Ugyanaz az anyag a külső körülményektől függően három halmazállapotú lehet - folyékony, szilárd vagy gáznemű. A külső körülményektől függően lehet egy fázisban, vagy egyszerre több fázisban. A minket körülvevő természetben különösen gyakran figyeljük meg a víz fázisátalakulását. Például: párolgás, páralecsapódás. Vannak olyan nyomási és hőmérsékleti viszonyok, amelyek között az anyag különböző fázisokban egyensúlyban van. Például fázisegyensúlyi állapotban lévő gáz cseppfolyósításakor a térfogat bármi lehet, és az átmeneti hőmérséklet a telítési gőznyomáshoz kapcsolódik. Azokat a hőmérsékleteket, amelyeken az egyik fázisból a másikba átmenet történik, átmeneti hőmérsékleteknek nevezzük. Nyomástól függenek, bár változó mértékben: az olvadáspont gyengébb, a párolgás és a szublimáció hőmérséklete erősebb. Normál és állandó nyomáson az átmenet egy bizonyos hőmérsékleti értéknél megtörténik, és itt olvadás, forrás és szublimáció (vagy szublimáció.) megy végbe. A szublimáció egy anyag szilárd halmazállapotból gázhalmazállapotúvá történő átmenete, amely például az üstökösfarok héjában figyelhető meg. Ha egy üstökös távol van a Naptól, akkor szinte teljes tömege a 10-12 kilométeres magjában összpontosul. A kis gázhéjjal körülvett mag az úgynevezett üstökösfej. A Naphoz közeledve az üstökös magja és héjai elkezdenek felmelegedni, nő a szublimáció valószínűsége, csökken a deszublimáció. Az üstökös magjából kiáramló gázok szilárd részecskéket vonnak magukkal, az üstökös fejének térfogata megnövekszik, és összetételében gáznemű és poros lesz.

2. Első és második típusú fázisátmenetek.

A fázisátmenetek többféle típusúak. Egy anyag aggregált állapotában bekövetkező változásokat elsőrendű fázisátalakulásnak nevezzük, ha:

1) A hőmérséklet a teljes átmenet alatt állandó.

2) A rendszer hangereje változik.

3) A rendszer entrópiája megváltozik.

Egy ilyen fázisátalakulás bekövetkezéséhez szükséges, hogy egy adott tömegű anyag bevonjon egy bizonyos mennyiségű hőt, amely megfelel az átalakulás látens hőjének. Valójában a kondenzált fázisnak egy kisebb sűrűségű fázisba való átmenete során bizonyos mennyiségű energiát kell leadni hő formájában, amely megsemmisül. kristályrács(olvadás közben) vagy folyékony molekulák egymástól való eltávolítására (párolgás közben). Az átalakulás során látens hő megy át a kohéziós erők átalakulására, a hőmozgás intenzitása nem változik, ennek következtében a hőmérséklet állandó marad. Egy ilyen átmenettel a rendezetlenség mértéke, és így az entrópia növekszik. Ha a folyamat megy ellentétes irány, akkor látens hő szabadul fel. Az első típusú fázisátalakulások közé tartozik a szilárd anyag folyékony átalakítása (olvadás) és fordított folyamat (kristályosodás), a folyadék gőzzé (párolgás, forralás). Az egyik kristálymódosulás a másikra (polimorf átalakulások). A második típusú fázisátmenetek a következők: a normál vezető átmenete szupravezető állapotba, a hélium-1 átmenete szuperfolyékony hélium-2-be, a ferromágnes átmenete paramágnesbe. Az olyan fémek, mint a vas, a kobalt, a nikkel és a gadolínium, kiemelkedõen magas mágnesezettségükkel és hosszú ideig fenntartják a mágnesezettségi állapotot. Ezeket ferromágneseknek hívják. A legtöbb fém (az alkáli- és alkáliföldfémek, valamint az átmenetifémek jelentős része) gyengén mágnesezett, és nem tartja meg ezt az állapotát a mágneses mezőn kívül - ezek paramágnesek. A második, harmadik és így tovább típusú fázisátalakulások az ∂f termodinamikai potenciál azon deriváltjainak sorrendjéhez kapcsolódnak, amelyek az átmeneti pontban véges méréseket végeznek. Paul Ernest (1880-1933). Tehát másodrendű fázisátalakulás esetén a másodrendű deriváltak ugrásokat tapasztalnak az átmeneti pontban: hőkapacitás állandó nyomáson Cp \u003d -T (∂f 2 / ∂T 2), összenyomhatóság β \u003d - (1 / V 0) (∂ 2 f / ∂p 2), hőtágulási együttható α=(1/V 0)(∂ 2 f/∂Tp), míg az első deriváltak folytonosak maradnak. Ez azt jelenti, hogy nincs hő felszabadulás (abszorpció), és nem változik a fajlagos térfogat (φ - termodinamikai potenciál).

A fázisegyensúly állapotát a fázistranszformációs hőmérséklet és a nyomás közötti bizonyos kapcsolat jellemzi. Számszerűen ezt a fázisátalakulási függést a Clausius-Clapeyron egyenlet adja meg: Dp/DT=q/TDV. Az alacsony hőmérsékleten végzett kutatás a fizika nagyon fontos ága. A helyzet az, hogy így meg lehet szabadulni a kaotikus hőmozgással járó interferenciától, és „tiszta” formában tanulmányozni a jelenségeket. Ez különösen fontos a kvantum törvényszerűségek vizsgálatánál. Általában a kaotikus hőmozgás következtében egy fizikai mennyiséget nagyszámú különböző értékére átlagolnak, és a kvantumugrások „elkenődnek”.

Alacsony hőmérsékletek (kriogén hőmérsékletek), a fizikában és a kriogéntechnológiában a hőmérsékleti tartomány 120°K alatt van (0°C=273°K); Carnot (hőgépen dolgozott) és Clausius munkássága alapozta meg a gázok és gőzök tulajdonságainak kutatását, vagy a műszaki termodinamikát. 1850-ben Clausius észrevette, hogy a telített vízgőz a tágulás során részben lecsapódik, és az összenyomás során túlhevül. Renu különlegesen hozzájárult e tudományág fejlődéséhez. A gázmolekulák belső térfogata szobahőmérsékleten körülbelül egy ezredrésze a gáz által elfoglalt térfogatnak. Ráadásul a molekulák nagyobb távolságra vonzzák egymást, mint ahonnan a taszításuk megkezdődik.

Egyenlő az entrópia fajlagos értékeivel, ellenkező előjellel és térfogattal: (4.30) Ha a fázisegyensúlyt kielégítő pontokban: , a kémiai potenciál első deriváltjai különböző fázisokra szakadást tapasztalnak: , (4.31) ) azt mondják, hogy a termodinamikai rendszer 1. típusú fázisátalakuláson megy keresztül. Az első típusú fázisátalakulásokat a fázisátalakulás látens hőjének jelenléte jellemzi, ...

Túlemelés ellen, nulla és maximális védelem. - gondoskodjon a hajók megállításáról a törzs közbülső pontjain. fényjelzés az emelőgép épületében lévő emelőegység működési módjairól, a rakodóberendezés kezelőjétől, diszpécsertől. A modern állítható egyenáramú elektromos hajtások automatizált emelőberendezésekhez egyenáramú motorokon alapulnak ...

44,5 cm, c = 12 cm, a = 20 cm, l = 8 cm A mágneses rendszer erőhatását a H térmodulus és gradiensének szorzatával megegyező értékkel becsültük meg. Megállapítást nyert, hogy a vizsgált mágneses rendszer H térmodulusának eloszlását kifejezett szögfüggés jellemzi. Ezért a H térmodulus kiszámítását 1°-os lépéssel végeztük el a két különböző íven elhelyezkedő pontoknál minden...

A rendszer a „fázisportré” megszerzéséből áll (Volkenshtein, 1978). Lehetővé teszi a rendszer stacionárius állapotainak, dinamikájának az azoktól való eltéréskor feltárását. A fázisportrék módszerét a mérnöki tudományokban alkalmazzák változó bonyolultságú fizikai rendszerek viselkedésének elemzésére és előrejelzésére, a matematikai ökológiában pedig a populációdinamika elemzésére (Volkenshtein, 1978; Svirezhev...

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_0.jpg" alt="(!LANG:>FÁZIS ÁTMENETEK">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_1.jpg" alt="(!LANG:>A fázisátalakulások fő típusai (fizikai besorolás)">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_2.jpg" alt="(!LANG:>Fázisátmenetek az aggregációs forrás (kondenzáció) állapotának megváltozásával ) olvadás (kristályosodás ) szublimáció"> 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. Allotróp (polimorf) fázisátalakulások Polimorf fázisátalakulások csak akkor fordulnak elő szilárd aggregátumban"> 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 !} kémiai elem vagy a csatlakozásnak több módosítása van; mindegyiknek megvan a maga szerkezete és bizonyos fizikai és kémiai tulajdonságai. A polimorf fázisátalakulás egy anyag atomi, molekuláris vagy ionos szerkezetének (természetétől függően) sorrendjének megváltozásával és ennek következtében a fizikai-kémiai tulajdonságok megváltozásával jár. Az ilyen típusú FP-k nagyon gyakoriak a valós rendszerekben. Monoklin kén kristály Rombikus kén kristály 95.5оС

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_4.jpg" alt="(!LANG:>3. Ferroelektromos fázisátalakulások Ismertek olyan anyagok, amelyekre bizonyos feltételek mellett feltételek, talán néhány"> 3. Сегнетоэлектрические фазовые переходы Известны вещества, для которых при определенных условиях возможно некоторое упорядочение элементарных дипольных моментов даже при отсутствии внешнего !} elektromos mező. Azt a hőmérsékletet, amelyen ez bekövetkezik, a ferroelektromos fázisátalakulás hőmérsékletének vagy Curie-pontnak nevezzük. A ferroelektromos fázis rendezett dipólusmomentumú fázis, az antiferroelektromos fázis pedig rendezetlen. ВаTiO3 Azokat az anyagokat, amelyekben ferroelektromos fázisátalakulások léphetnek fel, ferroelektromos anyagoknak nevezzük.

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_5.jpg" alt="(!LANG:>4. Mágneses fázisátalakulások hiányával"> 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. Ferroferromágneses fázisátalakulások Ismeretesek az anyagok, amelyek bizonyos hőmérsékleteken rendelési megfigyelhető"> 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 !} különböző hőmérsékletek, ezért a ferroferromágneses fázisátalakulást két Curie-hőmérséklet (pont) kell jellemeznie, a ferroelektromos és a ferromágneses. Ezért a teljes fázisátalakulás a ferroelektromos és a ferromágneses Curie-hőmérséklet különbsége által meghatározott hőmérséklet-tartományban megy végbe. Az elektromos és mágneses alrendszer nem tekinthető teljesen függetlennek, hiszen van közöttük összefüggés, bár gyenge. Ezért a ferroferromágnesek elektromos tulajdonságai befolyásolhatók olyan tényezők használatával, amelyek a mágneses alrendszerre hatnak, például egy mágneses mező, és fordítva.

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_7.jpg" alt="(!LANG:>6. Átmenetek a szupravezető állapotba, mi az elektromos"> 6. Переходы в сверхпроводящее состояние Сущность явления сверхпроводимости состоит в том, что !} elektromos ellenállás egyes anyagok az alacsony hőmérséklet tartományában szinte nullával egyenlővé válnak. A hőmérséklet emelkedésével ez a tulajdonság eltűnik, és az anyag a normál fázisba kerül. Azt a hőmérsékletet, amelyen ez bekövetkezik, kritikus hőmérsékletnek nevezzük. Normál (N) és szupravezető (S) fémek ellenállásának hőmérsékletfüggései

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_8.jpg" alt="(!LANG:>A HgBa2Hig-CuO4+δ növekvő szupravezető átmeneti hőmérsékleti szerkezetének kronológiája Hőmérséklet szupravezető">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_9.jpg" alt="(!LANG:>2,19 K hőmérsékleten a folyékony hélium két fázisra válik szét - Szia és szia."> 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:> termodinamikai rendszer nagyon különböző FP-k fordulhatnak elő. "> Amint az a vizsgált példákból is látható, egy termodinamikai rendszerben nagyon változatos PT-k fordulhatnak elő, nyilvánvaló, hogy a PT-k lényegének megértéséhez először osztályozni kell őket, és ez az osztályozás a lehető legáltalánosabb legyen. nem készteti a kutatót arra, hogy sok speciális esetet mérlegeljen.A PT általános szabályszerűségeinek figyelembe vételéhez olyan mennyiségeket és függvényeket kell bevezetni, amelyek lehetővé teszik mind az egyes fázisok, mind a PT egészének leírását.Ennek legegyszerűbb módja a folyamat termodinamikai figyelembevételével történik.

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_11.jpg" alt="(!LANG:>Fázisátalakulások Ehrenfest termodinamikai osztályozása">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_12.jpg" alt="(!LANG:>A Gibbs-energia első deriváltjai A Gibbs-energia második deriváltjai és fizikai mennyiségek hozzájuk kapcsolódó>

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_13.jpg" alt="(!LANG:>A termodinamikai tulajdonságok változása az első és második típusú fázisátalakulások során">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_14.jpg" alt="(!LANG:>Az egyedből álló első típusú fázisátalakulások termodinamikai elmélete anyag) heterogén"> 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:>A rendszer mindegyik r fázisához írhatunk lefelé a termodinamikai paraméterek megfelelő értékeit"> 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:>Az egyszerűség kedvéért tegyük fel, hogy csak 2 fázis."> 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:>Keressünk egy kifejezett kifejezést erre a függőségre. Vegyük figyelembe hogy az egykomponensű rendszerekben"> 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:>A G=U+pV-TS kifejezés alapján, utána differenciálást kapunk: dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT Vegyük figyelembe a kifejezést"> 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:>A fázistranszformáció a T,p=const időpontban történik, és a a hangerő változtatása V1-ről V2-re."> 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:>Így T és p között tárolódik funkcionális kapcsolat fázisegyensúlynak felel meg. Ezért, ha "> Így megmarad egy funkcionális kapcsolat T és p között, ami a fázisegyensúlynak felel meg. Ezért, ha G1 \u003d G2 (egyensúly T és p-n), akkor G1 + dG1 \u003d G2 + dG2 (egyensúly T-nél) + dT és p + dp). Ekkor dG1=dG2, vagy dG1-dG2 = 0. Ezért (V2 - V1) dp - (S2 - S1)dT=0 vagy. Vegyük figyelembe, hogy Qph.p a 1 mól anyag 1. fázisból 2. fázisba való átmenete során elnyelt fázisátalakulási hő; ΔHf.p a fázisátalakulás moláris entalpiája.

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_21.jpg" alt="(!LANG:>Az utolsó két egyenlet kombinálása és a V2 jelölése -V1=ΔV ( különbség moláris térfogatok két fázis), "> Az utolsó két egyenletet kombinálva V2 -V1 \u003d ΔV jelöléssel (két fázis moláris térfogatának különbsége) a következőt kapjuk: Itt T a fázisátalakulási hőmérséklet (forráspont, olvadás, polimorf átalakulás stb.) Ezt az egyenletet a Clausius-Clapeyron egyenletnek nevezik.

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_22.jpg" alt="(!LANG:>Átmenet a kondenzált fázisok között Olvadáshoz (kristályos fázis - folyadék átmenet)"> 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:>Folyadék-gőz átmenet (párolgás) Ha fázisátmeneti feltételek (p) ,T) elég messze vannak a kritikustól"> 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:>Átmeneti kristályfázis - gőz (szublimáció) A Clausius-Clapeyron egyenlet ugyanolyan kinézetű, de"> 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:>Néha a Clausius-Clapeyron egyenlet a sűrített fázisból való átmenethez egy gázneműre integrál formában írjuk:"> 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:>Tehát, bekerültünk a differenciálba (és néhány speciális esetre - és az integrálban)"> 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:>Második típusú fázistranszformációk fordulnak elő a kristályokban, amikor ponthibák vannak rendezett (ha a szerkezet megváltozik"> 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:>A Landau-elméletben azt feltételezzük, hogy az egyes fázisok a rendszer fizikai tulajdonságai különböznek egymástól,"> 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 !} a fizikai állapot egy külön fázis, és általában úgy választják meg, hogy az egyik fázisnál 0, a másodiknál pedig nullától eltérő. Azt a fázist, amelyre η=0, hagyományosan rendezetlen fázisnak, az η≠0 értékű fázist pedig rendezettnek nevezzük. Ebben az értelmezésben a fázisátalakulás a rendszer rendezett állapotból rendezetlen állapotba való átmenetéhez kapcsolódik.

FÁZIS ÁTMENET, fázis átalakulás, tág értelemben - egy anyag átmenete az egyikből fázisok a másikra, ha a külső körülmények megváltoznak - hőmérséklet, nyomás, mágneses és elektromos. mezők stb.; szűk értelemben - a fizikai hirtelen változás. tulajdonságok a külső paraméterek folyamatos változásával. Az "F. p." kifejezés két értelmezése közötti különbség. a következő példából látható. Szűk értelemben egy anyag gázfázisból plazmafázisba való átmenete (vö. Vérplazma) nem F. p., mivel ionizálás gáz fokozatosan fordul elő, de tágabb értelemben F. p. Ebben a cikkben az "F. p." szűk értelemben véve.

A hőmérséklet, nyomás vagy k.-l értéke. egy másik fizikai Azokat a mennyiségeket, amelyeknél a fázisátalakulás bekövetkezik, átmeneti pontnak nevezzük.

Kétféle F. p. létezik. Az első típusú F. p. során az ilyen termodinamikai feltételek hirtelen megváltoznak. az anyag jellemzői, mint például a sűrűség, az összetevők koncentrációja; tömegegységben nagyon meghatározott mennyiségű hő szabadul fel vagy nyel el, amit ún. átmeneti hő. Valamiféle fizikai másodfajú F. p.-vel. az átmeneti pont egyik oldalán a nullával egyenlő érték fokozatosan növekszik (nulláról), ahogy az átmeneti ponttól a másik oldalra lép. Ilyenkor a sűrűség és a koncentrációk folyamatosan változnak, hő nem szabadul fel, nem vesz fel.

Az F. p. a természetben elterjedt jelenség. Az első típusú hangjelenségek a következők: párolgás és kondenzáció, olvadás és megszilárdulás, szublimáció és kondenzáció szilárd fázisba, valamint bizonyos szerkezeti átmenetek szilárd anyagokban. oktatás martenzit vas-szén ötvözetben. BAN BEN antiferromágnesek mágneses részrácsok egy mágnesezési tengelyével Az első típusú fázisátalakulás a tengely mentén irányított külső mágneses térben történik. A mező egy bizonyos értékénél a mágneses részrácsok nyomatékai a mező irányára merőlegesen elfordulnak (az alháló "borulása" következik be). A tiszta szupravezetőkben a mágneses tér az első típusú fázisátalakulást indukálja a szupravezetőből a normál állapotba. .

Nál nél abszolút nulla hőmérséklet és fix térfogatú, a legalacsonyabb energiaértékű fázis termodinamikailag egyensúlyban van. Az első típusú fázisátalakulás ebben az esetben a nyomás és a külső mezők azon értékeinél következik be, amelyeknél két különböző fázis energiáját hasonlítják össze. Ha rögzíti nem a hangerőt a test V,és a nyomás R, majd termodinamikai állapotban. egyensúly esetén a minimum az F (vagy G) Gibbs-energia, és a fázisegyensúly átmeneti pontjában vannak olyan fázisok, amelyeknek F értéke azonos .

Sok anyag alacsony nyomáson lazán tömött szerkezetekké kristályosodik. Például kristályos hidrogén egymástól viszonylag nagy távolságra elhelyezkedő molekulákból áll; szerkezet grafit a szénatomok egymástól távol elhelyezkedő rétegeinek sorozata. Megfelelően magas nyomáson az ilyen laza szerkezetek a Gibbs-energia nagy értékeinek felelnek meg. A Ф alacsonyabb értékei ilyen körülmények között az egyensúlyi szoros fázisoknak felelnek meg. Ezért nagy nyomáson a grafit átalakul gyémánt,és molekuláris kristályos. a hidrogénnek atomba (fémbe) kell mennie. kvantumfolyadékok 3 He és 4 He folyékony marad normál nyomáson egészen az elért legalacsonyabb hőmérsékletig (T ~ 0,001 K). Ennek oka a részecskék gyenge kölcsönhatása és az abs-hoz közeli temp-pax oszcillációik nagy amplitúdója. nulla (az úgynevezett nulla rezgések ). Azonban a nyomás növekedése (akár 20 atm T = 0 K-nál) folyékony hélium megszilárdulásához vezet. Nem nulla temp-pax és adott nyomáson és hőmérsékleten az egyensúlyi fázis továbbra is a minimális Gibbs-energiájú fázis (az a minimális energia, amelyből levonjuk a nyomáserők munkáját és a rendszernek jelentett hőmennyiséget). .

Az első típusú F. p-re jellemző, hogy az első típusú F. p görbéje közelében egy metastabil egyensúlyi régió létezik (például egy folyadék felmelegíthető a forráspont feletti hőmérsékletre, ill. fagyáspont alá túlhűtve). Metastabil állapotok meglehetősen hosszú ideig léteznek, amiért egy új, alacsonyabb F értékű (termodinamikailag kedvezőbb) fázis kialakulása ennek a fázisnak a magjainak megjelenésével kezdődik. Az atommag képződése során a Φ érték növekedése arányos a térfogatával, a veszteség pedig a felülettel (az értékkel felületi energia). A keletkező kis embriók növekednek F,és ezért elsöprő valószínűséggel csökkenni fognak és eltűnnek. Azonban azok a magok, amelyek elértek egy bizonyos kritikus méretet, megnőnek, és az egész anyag új fázisba kerül. Az embrió kialakulása kritikus. mérete nagyon valószínűtlen folyamat, és meglehetősen ritkán fordul elő. A magok kialakulásának valószínűsége kritikus. mérete megnő, ha az anyag idegen makroszkopikus zárványokat tartalmaz. méretek (pl. porszemcsék egy folyadékban). Bezárás kritikus pont az egyensúlyi fázisok különbsége és a felületi energia csökken, könnyen keletkeznek nagy méretű és furcsa alakú magok, ami befolyásolja az anyag tulajdonságait .

Példák az F. p. II fajtára - egy mágneses momentum megjelenése (minden esetben egy bizonyos hőmérséklet alatt) a mágnesben az átmeneti paramágnes során - ferromágneses, antiferromágneses rendeződés az átmeneti paramágnesnél - antiferromágnes, szupravezetés megjelenése fémekben és ötvözetekben, szuperfolyékonyság előfordulása 4 He-ben és 3 He-ben, ötvözetek sorrendje, anyag spontán (spontán) polarizációjának megjelenése paraelektromos átmenet során ferroelektromos stb.

L. D. Hintó(1937) az összes második típusú PT mint szimmetriaváltozási pont általános értelmezését javasolta: az átmeneti pont felett a rendszer szimmetriája nagyobb, mint az átmeneti pont alatt. Például az elemi mágneses momentumok irányának átmeneti pontja feletti mágnesben (pörög) a részecskék véletlenszerűen oszlanak el. Ezért az összes pörgés egyidejű forgatása nem változtatja meg a fizikait. rendszer tulajdonságait. Az átmeneti pontok alatt a hátlapok preferált tájolásúak. Egyidejű forgásuk megváltoztatja a rendszer mágneses nyomatékának irányát. Egy másik példa: kétkomponensű ötvözetben, melynek atomjai A és B egy egyszerű köbös csomópontjainál található kristályrács, a rendezetlen állapotot az L és B atomok kaotikus eloszlása jellemzi a rácshelyek között, így a rács egy periódusos eltolódása nem változtatja meg tulajdonságait. Az átmeneti pont alatt az ötvözet atomjai a következő sorrendben vannak: ...ABAB... Egy ilyen rács egy periódusos eltolódása az összes A atom B-vel való helyettesítéséhez vezet, vagy fordítva. Az atomok elrendezésében a rend felállítása következtében a rács szimmetriája csökken.

Maga a szimmetria megjelenik és hirtelen eltűnik. Az aszimmetriát jellemző érték (sorrendi paraméter) azonban folyamatosan változhat. A második típusú fázisátalakulásnál a sorrendi paraméter nullával egyenlő az átmeneti pont felett és magán az átmeneti ponton. Hasonló módon viselkedik például egy ferromágnes mágneses momentuma, elektromos. ferroelektromos polarizáció, szuperfolyékony komponens sűrűsége folyadékban 4 He, atom kimutatásának valószínűsége DE a kristály megfelelő helyén. kétkomponensű ötvözetrácsok stb.

A sűrűség, a koncentráció és az átmenet hőjének ugrásának hiánya a második típusú II. fázisra jellemző. De pontosan ugyanez a kép figyelhető meg a kritikusban is. pont a görbén F. p. az első típusú . A hasonlóság nagyon mély. Közel a kritikushoz pontban az anyag halmazállapota egy rendelési paraméter szerepét betöltő mennyiséggel jellemezhető. Például egy kritikus esetén a folyadék-gőz egyensúlyi görbe pontjai a sűrűség eltérése az átlagértéktől. A kritikus mentén haladva isochore A magas hőmérséklet oldaláról a gáz homogén, és ez az érték nulla. Lent kritikus hőmérséklet az anyag két fázisra válik szét, amelyek mindegyikében a sűrűség eltérése a kritikustól nem egyenlő nullával. Mivel a fázisok alig különböznek egymástól a II. fázisú fázisok pontja közelében, lehetséges, hogy az egyik fázisból nagy magokat képezzünk a másikban. (ingadozások), ugyanúgy, mint a közel kritikus. pontokat. Sok kritika kapcsolódik ehhez. jelenségek a második típusú F. o. során: a ferromágnesek mágneses szuszceptibilitásának és a ferroelektromos anyagok dielektromos állandójának végtelen növekedése (analógja az összenyomhatóság növekedése a folyadékgőz kritikus pontja közelében), a hőkapacitás végtelen növekedése , az elektromágneses hullámok rendellenes szóródása [a fény folyadékban és gőzben , Röntgensugárzás szilárd anyagokban], neutronok ferromágnesekben. A dinamikus jelenségek is jelentősen változnak, ami az ebből eredő ingadozások nagyon lassú felszívódásával jár. Például a kritikus közelében pont folyadék-gőz szűkíti a Rayleigh-vonalat fényszórás, közel Curie pontok ferromágnesek és Neel pont antiferromágnesek, a spin diffúzió lelassul stb. Vö. ingadozási méret (korrelációs sugár) R növekszik, ahogy közeledünk a második típusú F. p. pontjához, és ezen a ponton végtelenül nagy lesz.

A második típusú funkcionális jelenségek és a kritikus jelenségek elméletének modern fejlődése a hasonlósági hipotézisen alapul. Feltételezhető, hogy ha elfogadjuk R hosszegységenként, és vö. az éllel rendelkező cella sorrendi paraméterének értéke R- a rendelési paraméter mértékegységére vonatkoztatva, akkor a teljes ingadozási mintázat nem függ sem az átmeneti pont közelségétől, sem az adott anyagtól. Minden termodinamikai. mennyiségek vannak teljesítmény függvények R. A kitevőket kritikus dimenzióknak (indexeknek) nevezzük. Nem függenek egy adott anyagtól, és csak a rendelési paraméter természete határozza meg. Például egy izotróp anyag Curie-pontjának méretei, amelyek sorrendi paramétere a mágnesezési vektor, eltérnek a kritikus méretétől. pont folyadék - gőz vagy egy egytengelyű mágnes Curie-pontjában, ahol a sorrendi paraméter skaláris érték.

Közel az átmeneti ponthoz állapotegyenlet jellegzetes jogformája van megfelelő állapotok. Például a kritikus közelében pont folyadék-gőz arány (p - p k) / (p f - p g) csak a (p - p c) / (p f - p g) függvénytől függ K T(itt p a sűrűség, p k a kritikus sűrűség, p f a folyadék sűrűsége, p g a gáz sűrűsége, R - nyomás, p to - kritikus nyomás, K T - izotermikus összenyomhatóság), ráadásul a függőség típusa megfelelő skálaválasztás mellett minden folyadéknál azonos .

Nagy előrelépés történt az elméletben kritikus számítás. a méretek és az állapotegyenletek jó összhangban vannak a kísérleti adatokkal.

A második típusú FP-k elméletének továbbfejlesztése a kvantumtérelmélet módszereinek, ezen belül is a renormalizációs csoport módszerének alkalmazásához kapcsolódik. Ez a módszer elvileg lehetővé teszi a kritikus indexek tetszőleges pontosságú megtalálását.

A fázisátalakulások kétféle felosztása némileg önkényes, mivel vannak az első fajtájú fázisátalakulások kis hőkapacitás- és egyéb mennyiségugrásokkal, valamint kis átmeneti hőségek erősen fejlett ingadozásokkal. F. o. - szigorúan előforduló kollektív jelenség bizonyos értékeket hőmérsékletek és egyéb mennyiségek csak olyan rendszerben, amelynek tetszőleges nagy szám részecskék.

Lit .: Landau L. D., Lifshits E. M., Statistical Physics, 2. kiadás, M., 1964 (Theoretical Physics, 5. kötet); Landau L. D., Akhiezer A. I., Lifshits E. M., Az általános fizika tanfolyama. Mechanika és molekuláris fizika, 2. kiadás, M., 1969; Bpayt R., Fázisátmenetek, ford. angolból, M., 1967;Fisher M., Nature Kritikus állapotban, per. angolból, M., 1968; Stanley G., Fázisátmenetek és kritikus jelenségek, ford. angolból, M., 1973; Anisimov M. A., A folyadékok kritikus jelenségeinek tanulmányozása, "A fizikai tudományok fejlődése", 1974, 114. v., c. 2; Patashinsky A. 3., Pokrovsky V. L., Fluktuációs elmélet a fázisátalakulásokról, M., 1975; Kvantum elmélet fázisátalakulások mezői és fizikája, ford. angol nyelvből, M., 1975 (News alapvető fizika, probléma. 6); Wilson K., Kogut J., Renormalization group and s-expansion, ford. angol nyelvből, M., 1975 (News of Fundamental Physics, 5. v.).

BAN BEN. L. Pokrovszkij.

A BÉT anyagai szerint.

koncepció fázis a termodinamikában tágabb értelemben tekintjük, mint az aggregált állapotokat. szerint, alatt fázis a termodinamikában egy anyag termodinamikai egyensúlyi állapotát értik, amely fizikai tulajdonságaiban különbözik ugyanazon anyag egyéb lehetséges egyensúlyi állapotaitól. Néha egy anyag nem egyensúlyi metastabil állapotát fázisnak is nevezik, de metastabil. Egy anyag fázisai eltérhetnek a szerkezeti részecskék mozgásának természetétől és a rendezett szerkezet meglététől vagy hiányától függően. A különböző kristályos fázisok eltérhetnek egymástól a kristályszerkezet típusában, elektromos vezetőképességében, elektromos és mágneses tulajdonságaiban stb. A folyadékfázisok különböznek egymástól a komponensek koncentrációjában, a szupravezetés jelenlétében vagy hiányában stb.

Egy anyag egyik fázisból a másikba való átmenetét ún fázisátmenet . A fázisátalakulások közé tartoznak a párolgás és olvadás, a kondenzáció és a kristályosodás stb. jelenségei. Kétfázisú rendszerben a fázisok azonos hőmérsékleten vannak egyensúlyban. A térfogat növekedésével a folyadék egy része gőzzé alakul, ugyanakkor a hőmérséklet változatlan tartása érdekében bizonyos mennyiségű hőt kívülről kell átadni. Így a folyékony fázisból a gázhalmazállapotú rendszerbe való átmenet végrehajtásához hőát kell adni a rendszer hőmérsékletének megváltoztatása nélkül. Ezt a hőt az anyag fázisállapotának megváltoztatására használják, és ún fázisátalakulás hője vagy látens átmeneti hő . A hőmérséklet emelkedésével egy rögzített tömegű anyag látens átmeneti hője csökken, és a kritikus hőmérsékleten nullával egyenlő. A fázisátalakulás jellemzésére a fázisátalakulás fajhőjét használjuk. Fázisátalakulás fajhője az anyag egységnyi tömegére jutó látens hő mennyisége.

A látens átmeneti hő elnyelésével vagy felszabadulásával járó fázisátalakulásokat nevezzük elsőrendű fázisátmenetek . Ebben az esetben a belső energia és a sűrűség hirtelen megváltozik. Amikor egy rendezettebb állapotból egy kevésbé rendezett állapotba lépünk, az entrópia növekszik. A táblázat felsorolja az elsőrendű fázisátalakulásokat és azok főbb jellemzőit.

Asztal. Az első rad fázisátmenetei és főbb jellemzőik .

fázisátmenet	Átmeneti irány	Az átmenet látens hője	Az entrópia változása fázisátalakulás során
párologtatás	folyadék  gőz	L P a fajlagos párolgási hő, T- gőzzé alakult folyadék tömege.	Az entrópia növekszik
Kondenzáció	Gőz  folyadék	, ahol L KOH a fajlagos kondenzációs hő értéke, T- folyadékká alakult gőz tömege	Az entrópia csökken ΔS kr< 0
Olvasztó	Szilárd  folyékony	, ahol L PL a fajlagos olvadási hő, T- szilárd test tömege folyadékká alakulva	Az entrópia növekszik ΔS pl > 0
Kristályosodás	folyékony  szilárd	, ahol L KR T- a szilárd testté - kristállyá - átalakult folyadék tömege	Az entrópia csökken ΔS kr< 0
Szublimáció (vagy szublimáció)	Szilárd  Gőz	, ahol L TÓL TŐL a szublimációs fajhő, T- gőzzé alakult szilárd test tömege	Az entrópia növekszik
deszublimáció (Kristályosodás a folyékony fázist megkerülve)	Gőz  Szilárd (a folyékony fázis megkerülésével)	, ahol L KR a fajlagos kristályosodási hő értéke, T- szilárd testre átvitt gőz tömege - kristály	Az entrópia csökken ΔS kr< 0

TÓL TŐL kapcsolat van a kétfázisú rendszer egyensúlyi nyomása és az elsőrendű fázisátalakulások hőmérséklete között. Ez a kapcsolat le van írva . Tekintsük ennek az egyenletnek a levezetését zárt rendszerekre. Ha a rendszerben a részecskék száma állandó, akkor a belső energia változását a termodinamika első főtétele szerint a következő kifejezés határozza meg: . A fázisok közötti egyensúly azzal a feltétellel jön létre, hogy T 1 \u003d T 2 és P 1 \u003d P 2. Tekintsünk egy végtelenül kicsi reverzibilis Carnot-ciklust (6.8. ábra), amelynek izotermái megfelelnek egy kétfázisú rendszer állapotának T és dT hőmérsékleten. Mivel az állapotparaméterek ebben az esetben végtelenül keveset változnak, a 6.8. ábrán az izotermákat és adiabátokat egyenes vonalakkal ábrázoltuk. A nyomás egy ilyen ciklusban dP-vel változik. A rendszer ciklusonkénti munkáját a következő képlet határozza meg:
. Tegyük fel, hogy a ciklus egy olyan rendszerre valósul meg, amelynek anyagtömege egyenlő eggyel. Egy ilyen elemi Carnot-ciklus hatékonysága a következő képletekkel határozható meg:
vagy
, ahol L P a fajlagos párolgási hő. Ha ezeknek az egyenlőségeknek a megfelelő részeit egyenlővé tesszük, és a munka kifejezését nyomással és térfogattal helyettesítjük, azt kapjuk:
. Összehasonlítjuk a nyomásváltozást a hőmérséklet változásával, és megkapjuk:

(6.23)

A (6.23) egyenletet nevezzük Clausius-Clapeyron egyenlet . Ezt az egyenletet elemezve arra a következtetésre juthatunk, hogy a hőmérséklet emelkedésével a nyomás nő. Ez abból következik, hogy
, ami azt jelenti
.

A Clausius-Clapeyron egyenlet nem csak a folyadék-gőz átmenetre alkalmazható. Az első típusú minden átmenetre vonatkozik. Általában így írható:

(6.24)

A Clapeyron-Clausius egyenlet segítségével a rendszer állapotdiagramja ábrázolható P,T koordináták(6.9. ábra). Ezen a diagramon az 1. görbe a szublimációs görbe. Két fázis egyensúlyi állapotának felel meg: szilárd és gőz. A görbétől balra lévő pontok az egyfázisú szilárd állapotot jellemzik. A jobb oldali pontok a gőzállapotot jellemzik. A 2. görbe az olvadási görbe. Két fázis egyensúlyi állapotának felel meg: szilárd és folyékony. A görbétől balra lévő pontok az egyfázisú szilárd állapotot jellemzik. A tőle jobbra lévő pontok a 3. görbéig a folyékony állapotot jellemzik. A 3. görbe a párologtatási görbe. Két fázis egyensúlyi állapotának felel meg: folyadék és gőz. A görbétől balra eső pontok az egyfázisú folyékony állapotot jellemzik. A jobb oldali pontok a gőzállapotot jellemzik. A 3. görbe, ellentétben az 1. és 2. görbével, mindkét oldalon határos. Egyrészt - hármas pont Tr, másrészt - a K kritikus pont (6.9. ábra). hármas pont három fázis egyensúlyi állapotát írja le egyszerre: szilárd, folyékony és gőz.

Belousova Julia, Koban Anastasia

A cikk az anyag fázisátalakulását írja le. Fázisegyensúly. Olvadás, kristályosodás, bepárlás, kondenzáció.

Letöltés:

Előnézet:

A prezentációk előnézetének használatához hozzon létre fiókot magának ( fiókot) Google, és jelentkezzen be: https://accounts.google.com

Diák feliratai:

Fizikai kutatómunka: Az anyag fázisátalakulásai

Terv: Tárgyterület és munkatárgy A vizsgálat relevanciája A vizsgálat célja és célkitűzései A fázisátalakulások kezdeti információinak megismertetése A fázisátalakulások típusai Fázisegyensúly A fázisátalakulások folyamatai Következtetés

Célterület A fizika az univerzum tudománya, amely lehetővé teszi számunkra, hogy megvizsgáljuk és megismerjük a minket körülvevő folyamatokat annak minden finomságában. „A legszebb, amit átélhetünk, az a felfoghatatlan. Ez az igazi művészet és tudomány forrása.” Albert Einstein.

Vizsgálat tárgya Ezen a területen a vizsgálat tárgyaként az anyag fázisátalakulásának folyamatát vesszük figyelembe.

A téma aktualitása Ez a téma érdekes és releváns, mert közben utóbbi években Köztudott, hogy a fázisátalakulásokat széles körben használják a tudomány és a technológia különböző területein. A fázisátalakulások a fizikai hatások alkalmazásának legpraktikusabb módjai közé sorolhatók, ami annak köszönhető, hogy a fázisátalakulások: Gyakran használják szabadalmakban és gyakorlati megoldásokban.

A munka célja: Az alapfogalmak megismertetése modern tudomány a különböző típusú fázisegyensúlyokról és kb fizikai jellemzők Az anyagok egyik fázisból a másikba való átmenet folyamatai.

Feladatok: A fázisátalakulás fogalmának mérlegelése A fázisátalakulás típusainak és főbb jellemzőinek azonosítása Fázisegyensúly figyelembe vétele A fázisátalakulás különböző folyamatainak kialakítása

A fázisátalakulás fogalma Fázisátmenet, fázisátalakulás, tág értelemben - egy anyag átmenete egyik fázisból a másikba, amikor a külső körülmények megváltoznak - hőmérséklet, nyomás, mágneses és elektromos mezők stb. Szűk értelemben hirtelen változás fizikai tulajdonságok a külső paraméterek folyamatos változásával.

A fázisátalakulások típusai A fázisátalakulásokat I. és II. típusra osztjuk.. Az anyag aggregációs állapotában bekövetkezett változásokat nevezzük első típusú fázisátalakulásnak, ha: 1) A hőmérséklet a teljes átmenet alatt állandó. 2) A rendszer hangereje változik. 3) A rendszer entrópiája megváltozik. A második típusú fázisátalakulások olyan fázisátalakulások, amelyekben a termodinamikai potenciálok nyomásra és hőmérsékletre vonatkozó első deriváltjai folyamatosan változnak, míg a második származékaik ugrást tapasztalnak. Ebből különösen az következik, hogy egy anyag energiája és térfogata nem változik egy másodrendű fázisátalakulás során, de változik a hőkapacitása, összenyomhatósága, különféle szuszceptibilitása stb.

A folyadék- és gázfázis első és másodrendű határait ábrázoló fázisátmeneti diagram

Fázisegyensúly A fázisegyensúly feltétele a termodinamika tételeiből adódik. Ha egy rendszer egyensúlyban van, akkor minden fázisának hőmérséklete és nyomása azonos. Ha ezeket állandóan tartják, akkor a rendszer termodinamikai potenciálja csak csökkenhet. Egyensúlyi állapotban minimális értéket vesz fel. Legyen m 1 az első, m 2 pedig a második fázis tömege. Az anyag  1 és  2 specifikus termodinamikai potenciálja ezekben a fázisokban. A teljes rendszer termodinamikai potenciálját a következőképpen ábrázoljuk: Ф \u003d m 1  1 + m 2  2. Ha  1   2, akkor az 1. fázis 2. fázissá történő bármilyen átalakulását Ф csökkenése kíséri. addig történnek, amíg a teljes 1. fázis át nem megy egy stabilabb 2. fázisba. Ekkor a rendszer egyfázisúvá válik, és termodinamikai potenciálja eléri minimális érték m  2 . Ellenkezőleg, ha  1   2, akkor a 2. fázis végül 1-essé válik. Csak akkor, ha  1 (P, T) =  2 (P, T) (1) A fázisok egyensúlyban lesznek egymás. Így a fázisegyensúly feltétele fajlagos termodinamikai potenciáljuk egyenlősége.

A szén-dioxid fázisegyensúly diagramja:

Az (1) feltétel jelentése, hogy bármely fázistranszformáció esetén a fajlagos termodinamikai potenciál értéke változatlan marad. Így az anyag halmazállapotának minden változása mellett fajlagos termodinamikai potenciálja mindig folyamatosan változik

Folyamatok a fázisátalakulások során Vegye figyelembe: Párolgás és kondenzáció Olvadás és kristályosodás Folyadék forrása és túlmelegedése

Párolgás és kondenzáció A folyadék gáz halmazállapotba való átmenetét párolgásnak, a szilárd anyag gázhalmazállapotba való átmenetét szublimációnak nevezzük. Faj párolgási hőnek nevezzük azt a hőt, amelyet az anyag egységnyi tömegére át kell adni ahhoz, hogy az ugyanolyan hőmérsékletű gőzzé alakuljon, mint az anyag párolgás előtt. A kondenzáció során a párolgás során elhasznált hőt visszaadják: a kondenzáció során keletkező folyadék felmelegszik. A folyadékkal egyensúlyban lévő gőzt telítettnek mondjuk. Azt a nyomást, amelyen az egyensúly megfigyelhető, telítési gőznyomásnak nevezzük.

Egyes folyadékok párolgása A diagramon szereplő egyes folyadéktípusok párologtatása

Olvadás és kristályosodás Átmenet kristályos test folyékony halmazállapotba kerülése az egyes anyagokra meghatározott hőmérsékleten megy végbe, és bizonyos mennyiségű hőt igényel, amelyet olvadási hőnek nevezünk. Az olvadáspont a nyomástól függ. Így a kristályos állapotból a folyékony állapotba való átmenet egészen meghatározott körülmények között megy végbe, amelyeket nyomások és hőmérsékletek jellemeznek. Ezen értékek halmaza megfelel a diagram görbéjének (p, T), amelyet általában olvadási görbének neveznek.

A kristályosodás fordított olvadási folyamata a következőképpen megy végbe. Ha a folyadékot olyan hőmérsékletre hűtjük, amelyen a szilárd és a folyékony fázis egyensúlyban lehet egy adott nyomáson (azaz ugyanarra a hőmérsékletre, amelyen az olvadás megtörtént), a kristályok egyidejűleg növekedni kezdenek az úgynevezett magok vagy kristályosodási központok körül. . Egyre gyakrabban nőnek az egyes kristályok, amelyek végül összezáródnak egymással, és polikristályt alkotnak szilárd. A kristályosodási folyamatot az olvadás során elnyelt hőmennyiség felszabadulása kíséri.

Olvasztó

Diagram: Olvadás - Kristályosodás

Folyadék forralása és túlhevítése Ha egy edényben lévő folyadékot állandó külső nyomásra melegítünk azzal szabad felület folyadékok. Ezt a párologtatási folyamatot párolgásnak nevezik. Egy bizonyos hőmérséklet, az úgynevezett forráspont elérésekor nemcsak a szabad felületről kezd gőz képződni, hanem gőzbuborékok nőnek fel és emelkednek a felszínre, magával rántva a folyadékot. A párologtatási folyamat turbulenssé válik. Ezt a jelenséget forralásnak nevezik. Túlhevített víz nyerhető például sima falú kvarclombikban. A lombikot először kénsavval, salétromsavval vagy más savval, majd desztillált vízzel alaposan öblítse ki. A kimosott lombikba desztillált vizet öntünk, amelyből hosszan tartó forralással eltávolítjuk a benne oldott levegőt. Ezt követően a lombikban lévő vizet gázégőn fel lehet melegíteni a forráspontnál jóval magasabb hőmérsékletre, és mégsem fog felforrni, hanem csak intenzíven elpárolog a szabad felületről. A lombik alján csak időnként képződik gőzbuborék, amely gyorsan növekszik, leválik az aljáról és felemelkedik a folyadék felszínére, és felemelve nagymértékben megnő a mérete. Ezután a víz sokáig nyugodt marad. Ha egy gázhalmazállapotú csírát visznek be ilyen vízbe, például egy csipet teát dobnak, akkor hevesen felforr, és hőmérséklete gyorsan a forráspontra csökken. Ez a hatékony élmény robbanásszerű.

Forrás A víz hőmérséklete nukleáris forrásban

Következtetés Ez a munka lehetővé tette, hogy többet megtudjunk arról, hogy az anyag egyik halmazállapota a másikba kerülve milyen folyamatok zajlanak le, milyen jellemzőkkel bírnak az egyes fázisok és állapotok. A körülöttünk zajló folyamatokat látva, csak az alapelmélet ismeretében könnyen meg tudjuk mondani, hogyan történik. Ezért a fizika segít abban, hogy megtanuljuk a legtöbb természettudományi törvényt, amelyek a jövőben is segítségünkre lesznek.