 |
|
Примеры фазового перехода первого рода
Раздел 6. Фазовые равновесия и превращения
Фазовые переходы
Фазойназывается совокупность однородных, одинаковых по своим свойствам частей системы.
Любое вещество при определенных условиях может находиться в различных агрегатных состояниях (фазах) – твердом, жидком и газообразном. Переход из одного состояния в другое является фазовым переходом.
Фазовым переходом называют только такой переход вещества из одного состояния в другое, когда новое состояние резко отличается от предшествующего по своим свойствам, когда некоторые свойства изменяются скачкообразно
Различают фазовые переходы первого и второго рода.
1. Фазовый переход первого рода— это переход, сопровождающийся поглощением или выделением теплоты (например, плавление, кристаллизация). Он характеризуется постоянством температуры, изменениями энтропии и объема.
2. Фазовый переход второго рода— переход не связанный с поглощением или выделением теплоты и изменением объема. Он характеризуется постоянством объема и энтропии, но скачкообразным изменением теплоемкости.
Примеры фазовых переходов второго рода: переход ферромагнитных веществ при определенных давлениях и температуре в парамагнитное состояние; переход металлов и сплавов при низких температурах в сверхпроводящее состояние; превращение обыкновенного жидкого гелия в сверхтекучий.
Примеры фазового перехода первого рода
Испарение - фазовый переход из жидкого состояния в газообразное. С точки зрения молекулярно-кинетической теории, испарение – это процесс, при котором с поверхности жидкости вылетают наиболее быстрые молекулы, кинетическая энергия которых превышает энергию их связи с остальными молекулами жидкости. Это приводит к уменьшению средней кинетической энергии оставшихся молекул, т. е. к охлаждению жидкости (если нет подвода энергии от окружающих тел).
Сублимация (возгонка) - фазовый переход из твердого состояния в газообразное.
Конденсация – это процесс, обратный процессу испарения. При конденсации молекулы пара возвращаются в жидкость.
В закрытом сосуде жидкость и ее пар могут находиться в состоянии динамического равновесия, когда число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся в жидкость из пара, т. е. когда скорости процессов испарения и конденсации одинаковы. Такую систему называют двухфазной. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.
Плавлением называется переход вещества из кристаллического (твердого) состояния в жидкое. Плавление происходит при определеннойтемпературеплавления Tпл.
В процессе плавления теплота, сообщаемая веществу, идет на совершение работы по разрушению кристаллической решетки, и поэтому Tпл = const (рис.(а)) до расплавления всего кристалла.
Если жидкость охлаждать, то процесс пойдет в обратном направлении (рис.(б)): сначала температура жидкости понижается, затем при постоянной температуре, равной Tкр, начинается кристаллизация (затвердевание).
Для кристаллизации вещества необходимо наличие центров кристаллизации — кристаллических зародышей, которыми могут быть каккристаллики образующегося вещества, так и любые инородные включения.Если в чистой жидкости нет центров кристаллизации, то она может бытьохлаждена до температуры, меньшей температуры кристаллизации, образуяпри этом переохлажденную жидкость. Аморфные тела являются переохлажденными жидкостями. Кривая охлаждения аморфных тел показана на рис.