Фазовые переходы

Понятие фазы в термодинамике – более широкое понятие, чем агрегатное состояние.

Фаза – это равновесное состояние вещества, отличающееся по своим физическим свойствам от других состояний того же вещества.

У вещества существует газообразная, жидкая фазы и несколько кристаллических фаз. Например, алмаз и графит являются различными кристаллическими фазами твердого углерода.

Переход вещества из одной фазы в другую называется фазовым переходом. При таких переходах меняются механические, тепловые, электрические и другие свойства вещества.

Термодинамические процессы, сопровождающиеся изменением характера упаковки частиц, т.е. изменением агрегатного состояния, называются фазовыми переходами первого рода. При фазовых переходах I рода происходит выделение или поглощение некоторого количества тепла.

Термодинамические процессы, сопровождающиеся перестройкой кристаллической решетки твердого тела, называются фазовыми переходами второго рода. Примером фазового перехода II рода служит превращение углерода в графит.

При определенных условиях разные фазы одного и того же вещества при их соприкосновении между собой могут находиться в равновесии друг с другом. Например, при температуре T = 373 К и давлении P = 10⁵ Па в равновесии находятся жидкая и газообразная фазы H₂O (вода и водяной пар).

Состояние равновесия двух фаз изображается на PT – диаграмме линией . Эта линия называется линией равновесия фаз или линией перехода.

Рис. 3.10.1.

На рисунке 3.10.1, называемом фазовой диаграммой изображены линии равновесия фаз: ОТ – линия равновесия твердого тела и пара (кривая сублимации); уходящая в бесконечность линия Т1 – линия равновесия твердого тела и жидкости (кривая плавления) описывает зависимость температуры плавления от давления T_пл (P); ТК – линия равновесия жидкости и пара (кривая кипения). Точка K на этой диаграмме – критическая точка.

Точка T на фазовой диаграмме, в которой три фазы одного и того же вещества могут находиться в равновесии лишь при единственных значениях температуры и давления, называется тройной точкой.

Тройной точке воды соответствуют значения температуры t_т = 0,01°С и давления P_т = 610 Па = 0,006 атм.

С помощью фазовой диаграммы можно выяснить агрегатное состояние вещества при данной температуре и давлении и определить, как происходит переход из одного агрегатного состояния в другое. Например, возможен переход АБ (рис. 3.10.1) из парообразного состояния в твердое состояние, а затем в жидкое (при постоянной температуре и увеличении давления).

Дата добавления: 2014-01-20