Фазові рівноваги і перетворення
До параметрів стану відносяться тиск , температура , склад та ін. Набір термодинамічних змінних визначає функцію (функцію стану), яку називають термодинамічним потенціалом. Обчислення часткових похідних від термодинамічного потенціалу по його аргументам дозволяє визначити всі інші термодинамічні величини. Цими функціями можуть бути: внутрішня енергія , ентальпія , енергія Гельмгольца та енергія Гіббса . Буквою позначена ентропія, а – число молів го компонента. Якщо не враховувати дію електричного, магнітного, гравітаційного полів, то рівняння стану фази можна записати у вигляді: , (1.1) де – хімічний потенціал го компонента (дорівнює вільній енергії Гіббса одної молекули компонента даної системи). При заданих і задачу можна досліджувати на мінімум вільної енергії Гельмгольца . В цьому випадку рівняння стану фази запишеться у вигляді: . (1.2) Рівновага в системі не порушиться під зовнішньою дією, якщо буде виконуватись правило фаз Гіббса, яке встановлює зв’язок між . (1.3) Цифра “2” вказує на число зовнішніх факторів, що впливають на систему ( і ). Під числом ступенів вільності (варіантністю) розуміють число параметрів стану, які можуть довільно змінюватись, не порушуючи фазової рівноваги при цьому. В будь-якій системі число фаз не може перевищувати число компонентів більше, ніж на два: . Якщо досліджують перетворення в системах без зміни тиску, то правило фаз Гіббса застосовується у вигляді: . (1.4) При порушенні умов фазової рівноваги проходять фазові перетворення (фазові переходи). Фазові переходи першого роду супроводжуються виділенням (або поглинанням) енергії, яка називається скритою теплотою фазового перетворення. Вільна енергія в точці фазового переходу змінюється плавно, а перші похідні від вільної енергії ( , , ) – стрибкоподібно. Фазові переходи, при яких перші похідні функції стану міняються плавно, але наявні стрибки величин, які визначаються другими похідними характеристичних функцій, називаються переходами другого роду. До цих величин відносяться теплоємність , коефіцієнт ізотермічного стискування і коефіцієнт термічного розширення . Рис.1. Зміна теплоємності при фазових переходах першого роду (а) і другого роду (б). ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|