МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И

ТЕРМОДИНАМИКА.

Лекция №5.Фазовые переходы

План:

1. Фазовые превращения.

2. Равновесие жидкости и насыщенного пара.

3. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

4. Фазовые диаграммы. Тройная точка.

Фазовые превращения

Фаза – часть системы, ограниченная поверхностью раздела, с одинаковыми физическими свойствами во всех точках.

Если две или более фаз одного и того же вещества существуют одновременно, причем масса ни одной из фаз не увеличивается за счет другой, то говорят о фазовом равновесии.

Переход вещества из одной фазы в другую называется фазовым переходом или фазовым превращением.

Фазовые переходы

I рода II рода

Испарение, конденсация, плавление кристаллизация, сублимация

Эффект Кюри (исчезновение ферромагнетизма),

сверхпроводимость, сверхтекучесть

Фазовые переходы I родаПризнаком фазового перехода I рода является выделение или поглощение теплоты (так называемая скрытая теплота перехода). Это количество теплоты требуется для перестройки структуры системы.

Температура системы во время фазового перехода остается равной температуре плавления, пока все вещество не перейдет из одного агрегатного состояния в другое

Температуры плавления/кристаллизации °С

Алюминий 660

Железо 1539

Золото 1064

Олово 232

Ртуть -32

Спирт -114

Свинец 327

Температуры кипения °С (при атм. давлении)

Кислород -183

Эфир 35

Вода 100

Ртуть 357

Спирт 78

Свинец 1755

Равновесие жидкости и насыщенного пара

p

T

K

Tтр

Ткр

ркр

В критической точке К различие между жидкостью и её насыщенным паром исчезает, при этом кривая фазового равновесия обрывается

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса

Получим аналитически кривую, описывающую фазовое равновесие.

Рассмотрим узкий цикл Карно, производимый с одним молем идеального газа

2V - объем пара

- объем жидкости1V21 VV

КПД такого цикла

Q

A Q Молярная теплота

парообразования

12 VVdpA T

dT

T

dTVVdp

12

12 VVTdT

dp

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса

p

RTV 2 2RT

p

dT

dp

RT

dpd

ln

RT

constp

exp

Фазовые диаграммы

1 - кривая плавления,

2 - кривая испарения,

3 - кривая возгонки

Для большинства веществ ркр<<ратм

Поэтому переход и газообразного в твердое состояние затруднен:

Для H2O: ркр=0,06 атм. Tкр=0,0075 С

Но для некоторых веществ такой переход возможен, например

для CO2: ркр= 5,11 атм. Tкр=-56,6 С

Фазовые диаграммы

Фазовая диаграмма гелия(присутствует фазовый переход II рода)

1 - кривая плавления,

2 - кривая испарения,

3 - кривая раздела жидких фаз Не I и Не II,

А и В - тройные точки