Materijos faziniai perėjimai. Realios sistemos ir faziniai virsmai Lentelinis slėgis įvairių medžiagų fazinių virsmų metu

2. Pirmos ir antros eilės fazių perėjimai……………………………..4

3. Idealios dujos……………………………………………………….7

4. Tikros dujos……………………………………………………………8

5. Molekulinė – kinetinė kritinių reiškinių teorija.......9

6. Supertakumas………………………………………………………..11

7. Superlaidumas………………………………………………..13

7.1 Superlaidumo atradimas………………………..13

7.2 Elektrono ir fonono sąveika………………..14

7.3 Pirmosios ir antrosios rūšies superlaidininkai…………16

7.4 Superlaidininko pagaminimo receptas……………….17

7.5 Saugos priemonės……………………………….18

7.6 Meisnerio efektas………………………………………………………………

8. Išvada……………………………………………………….22

9. Literatūra……………………………………………………….25

1. Įvadas.

Fazėmis vadinamos vienarūšės skirtingos fizikinių ir cheminių sistemų dalys. Medžiaga yra vienalytė, kai visi medžiagos būsenos parametrai yra vienodi visuose jos tūriuose, kurių matmenys yra dideli, palyginti su tarpatominėmis būsenomis. Įvairių dujų mišiniai visada sudaro vieną fazę, jei visame tūryje yra vienodos koncentracijos.

Ta pati medžiaga, priklausomai nuo išorinių sąlygų, gali būti vienoje iš trijų agregacijos būsenų – skystos, kietos arba dujinės. Priklausomai nuo išorinių sąlygų, jis gali būti vienoje fazėje arba keliose fazėse vienu metu. Mus supančioje gamtoje ypač dažnai stebime vandens fazinius virsmus. Pavyzdžiui: garavimas, kondensacija. Yra slėgio ir temperatūros sąlygos, kurioms esant medžiaga yra pusiausvyra skirtingose ​​fazėse. Pavyzdžiui, kai dujos yra suskystintos fazių pusiausvyros būsenoje, tūris gali būti bet koks, o pereinamoji temperatūra yra susijusi su sočiųjų garų slėgiu. Temperatūros, kurioms esant vyksta perėjimas iš vienos fazės į kitą, vadinamos perėjimo temperatūromis. Jie priklauso nuo slėgio, nors ir nevienodo laipsnio: lydymosi temperatūra yra silpnesnė, garavimo ir sublimacijos temperatūra yra stipresnė. Esant normaliam ir pastoviam slėgiui, perėjimas vyksta tam tikroje temperatūroje ir čia vyksta lydymosi, virimo ir sublimacijos (arba sublimacijos) taškai. Sublimacija yra medžiagos perėjimas iš kietos į dujinę būseną ir gali būti stebimas, pavyzdžiui, kometų uodegų apvalkaluose. Kai kometa yra toli nuo saulės, beveik visa jos masė susitelkia jos branduolyje, kurio ilgis 10-12 kilometrų. Branduolys, apsuptas nedideliu dujų apvalkalu, yra vadinamoji kometos galva. Artėjant prie Saulės kometos šerdis ir apvalkalai pradeda kaisti, didėja sublimacijos tikimybė, mažėja desublimacija. Iš kometos branduolio išeinančios dujos neša kietąsias daleles, kometos galvutės tūris didėja ir tampa dujų-dulkių sudėtimi.

2. Pirmos ir antros eilės fazių perėjimai.

Fazių perėjimai būna kelių tipų. Medžiagos suvestinių būsenų pokyčiai vadinami pirmos eilės faziniais perėjimais, jei:

1) Temperatūra yra pastovi viso perėjimo metu.

2) Keičiasi sistemos tūris.

3) Keičiasi sistemos entropija.

Kad įvyktų toks fazinis perėjimas, būtina tam tikram medžiagos kiekiui perduoti tam tikrą šilumos kiekį, atitinkantį latentinę virsmo šilumą. Tiesą sakant, kondensuotai fazei pereinant į mažesnio tankio fazę, reikia šilumos pavidalu perduoti tam tikrą energijos kiekį, kuris bus panaudotas kristalinei gardelei sunaikinti (lydymosi metu) arba pašalinti. skysčių molekulės viena nuo kitos (garinimo metu). Transformacijos metu latentinė šiluma eis transformuoti sukibimo jėgas, šiluminio judėjimo intensyvumas nesikeis, todėl temperatūra išliks pastovi. Esant tokiam perėjimui, didėja netvarkos laipsnis, taigi ir entropija. Jei procesas vyksta priešinga kryptimi, tada išsiskiria latentinė šiluma. Pirmosios eilės faziniai perėjimai apima: kietosios medžiagos pavertimą skysčiu (lydymas) ir atvirkštinį procesą (kristalizacija), skysčio garais (garinimas, virimas). Viena kristalo modifikacija į kitą (polimorfinės transformacijos). Antrojo tipo faziniai perėjimai apima: normalaus laidininko perėjimą į superlaidžią būseną, helio-1 į superskystį helio-2, feromagneto perėjimą į paramagnetinę būseną. Metalai, tokie kaip geležis, kobaltas, nikelis ir gadolinis, išsiskiria savo gebėjimu labai įmagnetinti ir išlikti įmagnetinti ilgą laiką. Jie vadinami feromagnetais. Dauguma metalų (šarminiai ir šarminiai žemės metalai bei nemaža dalis pereinamųjų metalų) yra silpnai įmagnetinti ir neišlaiko šios būsenos už magnetinio lauko ribų – jie yra paramagnetiniai. Antrojo, trečiojo ir tt rūšių fazių perėjimai yra susieti su tų termodinaminio potencialo ∂ph išvestinių, kurių matavimai pereinamojo taško baigtiniai, tvarka. Ši fazių transformacijų klasifikacija siejama su fiziko teorinio Paulo darbu. Ernestas (1880 -1933). Taigi, esant antros eilės faziniam perėjimui, antros eilės dariniai patiria šuolius pereinamajame taške: šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui Cp=-T(∂ph 2 /∂T 2), suspaudžiamumas β=-(1) /V 0)(∂ 2 f/ ∂p 2), šiluminio plėtimosi koeficientas α=(1/V 0)(∂ 2 f/∂Tp), o pirmosios išvestinės lieka tolydžios. Tai reiškia, kad šilumos išskyrimas (absorbcija) ir specifinis tūris (φ – termodinaminis potencialas) nekinta.

Fazių pusiausvyros būsenai būdingas tam tikras ryšys tarp fazės transformacijos temperatūros ir slėgio. Skaitmeniškai ši fazinių perėjimų priklausomybė pateikiama pagal Clapeyron-Clausius lygtį: Dp/DT=q/TDV. Tyrimai žemoje temperatūroje yra labai svarbi fizikos šaka. Faktas yra tas, kad tokiu būdu galite atsikratyti trukdžių, susijusių su chaotišku šiluminiu judėjimu, ir tyrinėti reiškinius „gryna“ forma. Tai ypač svarbu studijuojant kvantinius dėsnius. Paprastai dėl chaotiško šiluminio judėjimo fizinis dydis yra apskaičiuojamas pagal daugybę skirtingų jo reikšmių, o kvantiniai šuoliai yra „ištepti“.

Žemos temperatūros (kriogeninės temperatūros), fizikoje ir kriogeninėje technologijoje temperatūros diapazonas yra žemesnis nei 120°K (0°c=273°K); Carnot (dirbo prie šiluminio variklio) ir Clausiaus darbai padėjo pagrindą dujų ir garų savybių tyrimams arba techninei termodinamikai. 1850 metais Klausius pastebėjo, kad sotieji vandens garai plečiasi iš dalies kondensuojasi, o suspaudę pereina į perkaitintą būseną. Renu įnešė ypatingą indėlį į šios mokslo disciplinos plėtrą. Vidinis dujų molekulių tūris kambario temperatūroje yra maždaug viena tūkstantoji tūrio, kurį užima dujos. Be to, molekulės viena kitą traukia didesniais atstumais nei tie, nuo kurių prasideda jų atstūmimas.

Lygios specifinėms entropijos vertėms, paimtoms su priešingu ženklu, ir tūrio: (4.30) Jei taškuose, tenkinančiuose fazių pusiausvyrą: , pirmieji skirtingų fazių cheminio potencialo dariniai patiria nenutrūkstamumą: , (4.31) jie sako kad termodinaminėje sistemoje vyksta pirmos rūšies fazinis perėjimas. Pirmosios eilės fazių perėjimui būdinga latentinė fazinio perėjimo šiluma, ...

Nuo per didelio pakėlimo, nulis ir maksimali apsauga. - numatyti laivų sustabdymą tarpiniuose bagažinės taškuose. šviesos signalizacija apie kėlimo agregato darbo režimus kėlimo mašinos pastate, pas krovimo įrenginio operatorių, pas dispečerį. Šiuolaikinės reguliuojamos nuolatinės srovės elektros pavaros, skirtos automatizuotiems kėlimo įrenginiams, yra pagrįstos nuolatinės srovės varikliais...

44,5 cm, c = 12 cm, a = 20 cm, l = 8 cm Magnetinės sistemos jėgos veikimas įvertintas verte, lygia lauko modulio H ir jo gradiento sandaugai. Nustatyta, kad mūsų nagrinėjamos magnetinės sistemos lauko modulio H pasiskirstymas pasižymi ryškia kampine priklausomybe. Todėl lauko modulio H skaičiavimas buvo atliktas 1° žingsniais taškams, esantiems dviejuose skirtinguose lankuose per visą...

Sistema susideda iš „fazinio portreto“ gavimo (Wolkenstein, 1978). Tai leidžia nustatyti stacionarias sistemos būsenas ir jos dinamikos pobūdį, kai nuo jų nukrypstama. Fazinio portreto metodas naudojamas technologijoje analizuojant ir prognozuojant įvairaus sudėtingumo fizinių sistemų elgseną, o matematinės ekologijos srityje – analizuojant populiacijos dinamiką (Volkenshtein, 1978; Svirezhev...

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_0.jpg" alt=">ETAPIŲ PERĖJIMAI">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_1.jpg" alt=">Pagrindiniai fazių perėjimų tipai (fizinė klasifikacija)">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_2.jpg" alt=">Faziniai perėjimai pasikeitus agregacijos virimo (kondensacijos) būsenai ) lydymosi (kristalizacija ) sublimacija"> 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=">2. Allotropiniai (polimorfiniai) fazių perėjimai Polimorfiniai fazių perėjimai vyksta tik kietame agregate"> 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 химического элемента или соединения имеется несколько модификаций; каждая из них обладает собственной структурой и определенными физико-химическими свойствами. Полиморфный ФП связан с изменением порядка атомной, молекулярной или ионной структуры вещества (в зависимости от его природы) и, как следствие, с изменением физико-химических свойств. ФП данного типа очень часто встречаются в реальных системах. Кристалл моноклинной серы Кристалл ромбической серы 95,5оС!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_4.jpg" alt=">3. Feroelektriniai fazių perėjimai Yra žinomos medžiagos, kurioms esant tam tikroms sąlygos gal kokios"> 3. Сегнетоэлектрические фазовые переходы Известны вещества, для которых при определенных условиях возможно некоторое упорядочение элементарных дипольных моментов даже при отсутствии внешнего электрического поля. Температуру, при которой это происходит, называют температурой сегнетоэлектрического ФП, или точкой Кюри. Сегнетоэлектрическая фаза – фаза с упорядоченными дипольными моментами, антисегнетоэлектрическая – с разупорядоченными. ВаTiO3 Вещества, в которых могут происходить сегнетоэлектрические ФП, называют сегнетоэлектриками.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_5.jpg" alt=">4. Magnetinių fazių perėjimai Yra žinoma medžiagų grupė, kuri turi didelis spontaniškas įmagnetinimas Be"> 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=">5. Fero-feromagnetiniai fazių perėjimai Yra žinomos medžiagos, kurios esant tam tikroms temperatūroms laikomasi tvarkos"> 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 разных температурах, поэтому сегнетоферромагнитный ФП следует характеризовать двумя температурами (точками) Кюри – сегнетоэлектрической и ферромагнитной. Поэтому весь такой ФП протекает в интервале температур, определяемом разностью сегнетоэлектрической и ферромагнитной температур Кюри. Электрическую и магнитную подсистемы нельзя считать вполне независимыми, т.к. между ними существует корреляция, хотя и слабая. Поэтому на электрические свойства сегнетоферромагнетиков можно повлиять, использую те факторы, которые действуют на магнитную подсистему, например, магнитное поле, и наоборот.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_7.jpg" alt=">6. Perėjimai į superlaidžią būseną Reiškinio esmė superlaidumas yra tai, kas yra elektra"> 6. Переходы в сверхпроводящее состояние Сущность явления сверхпроводимости состоит в том, что электрическое сопротивление некоторых веществ в районе низких температур становится практически равным нулю. При повышении температуры это свойство исчезает, и вещество переходит в нормальную фазу. Температуру, при которой это происходит, называют критической. Температурные зависимости сопротивления нормального (N) и сверхпроводящего (S) металлов!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_8.jpg" alt=">Perėjimo į superlaidžią būseną temperatūros didėjimo chronologija aukštos temperatūros superlaidininkas HgBa2CuO4+δ">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_9.jpg" alt=">Esant 2,19 K temperatūrai skystas helis išsiskiria į dvi fazes - Sveikas ir labas."> 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=">Kaip matyti iš nagrinėjamų pavyzdžių, gali būti labai skirtingi dalykai įvyksta termodinaminėje sistemoje FP."> Как видно из рассмотренных примеров, в термодинамической системе могут происходить очень разнообразные ФП. Очевидно, что для понимания сущности ФП необходимо сначала провести их классификацию, причем, эта классификация должна быть как можно более общей, не уводящей исследователя к рассмотрению множества частных случаев. Для рассмотрения общих закономерностей ФП необходимо ввести величины и функции, позволяющие описывать как отдельные фазы, так и сам ФП в целом. Проще всего это сделать при термодинамическом рассмотрении процесса.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_11.jpg" alt=">Fazinių perėjimų termodinaminė klasifikacija pagal Ehrenfest">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_12.jpg" alt=">Pirmieji Gibso energijos dariniai Antrieji Gibso energijos ir fiziniai dydžiai ir su jais susiję">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_13.jpg" alt=">Termodinaminių savybių pokyčiai vykstant pirmos ir antros eilės fazių perėjimui">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_14.jpg" alt=">Pirmosios eilės fazių perėjimų termodinaminė teorija Panagrinėkime vieną -komponentas (t.y. susidedantis iš atskiros medžiagos) nevienalytis"> 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=">Kiekvienai iš šios sistemos r fazių galime užsirašyti atitinkamos termodinaminių parametrų reikšmės"> 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=">Paprastumo dėlei tarkime, kad mūsų vieno komponento nevienalytėje sistemoje kartu egzistuoja tik 2 fazės."> 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=">Gausime aiškų šios priklausomybės išraišką. Paimkime atsižvelgiant į tai, kad vieno komponento sistemose,"> 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=">Pagal išraišką G=U+pV-TS, po gauname diferenciaciją: dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT. Atsižvelkime į išraišką"> 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=">Fazių transformacija įvyksta esant T,p=const ir ją lydi tūrio pokytis iš V1 į V2."> 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=">Taigi tarp T ir p funkcinis ryšys, atitinkantis fazių pusiausvyrą Todėl, jei"> Таким образом, между T и p сохраняется функциональная связь, соответствующая фазовому равновесию. Поэтому, если G1=G2 (равновесие при T и p), то G1+dG1=G2+dG2 (равновесие при T+dT и p+dp). Тогда dG1=dG2, или dG1-dG2 =0. Следовательно, (V2 - V1) dp – (S2 - S1)dT=0 или. Примем во внимание, что. Qф.п - теплота фазового превращения, поглощаемая при переходе 1 моля вещества из фазы 1 в фазу 2; ΔHф.п. – молярная энтальпия фазового перехода.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_21.jpg" alt=">Sujungiant paskutines dvi lygtis ir pažymint V2 -V1=ΔV ( dviejų fazių molinių tūrių skirtumas),"> Комбинируя два последних уравнения и обозначив V2 -V1=ΔV (разность молярных объемов двух фаз), получим: Здесь T - температура фазового перехода (кипения, плавления, полиморфного превращения и т.д.). Это уравнение называется уравнением Клаузиуса-Клапейрона и является общим термодинамическим уравнением, приложимым ко всем фазовым переходам чистых веществ. Оно показывает, как температура фазового перехода изменяется с давлением.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_22.jpg" alt=">Perėjimas tarp kondensuotų fazių Lydymui (pereinamoji kristalinė fazė - skystis)"> 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=">Pereinamasis skystis - garai (garavimas) Jei fazinio virsmo sąlygos (p ,T) yra gana toli nuo kritinių"> 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=">Pereinamoji kristalinė fazė – garai (sublimacija) Clausius-Clapeyron lygtis atrodo taip pat, bet"> 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=">Kartais Clausius-Clapeyron lygtis, skirta perėjimui iš kondensuotos fazės į dujinę fazę parašyta integralia forma:"> 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=">Taigi, mes gavome diferencialą (ir kai kuriais ypatingais atvejais - ir neatsiejama dalis)"> 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=">Antrojo tipo faziniai virsmai vyksta kristaluose tvarkant taškiniai defektai (kai keičiasi struktūra"> 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=">Landau teorija daro prielaidą, kad atskiros sistemos fazės skiriasi nuo kiekvienos kitos fizinės savybės,"> 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 физическое состояние отдельной фазы и выбирается обычно таким образом, что для одной фазы он равен 0, а для второй отличен от нуля. Фаза, для которой η=0, условно называется неупорядоченной фазой, а фаза с η≠0 – упорядоченной. В такой интерпретации ФП связан с переходом системы из упорядоченного состояния в неупорядоченное.!}

ETAPAS, fazinė transformacija, plačiąja prasme – medžiagos perėjimas iš vienos fazėsį kitą, kai keičiasi išorinės sąlygos – temperatūra, slėgis, magnetinės ir elektrinės. laukai ir kt.; siaurąja prasme – staigus fizinio pokytis. savybės nuolat keičiasi išoriniai parametrai. Skirtumas tarp dviejų termino "Ph. p." galima matyti iš toliau pateikto pavyzdžio. Siaurąja prasme – medžiagos perėjimas iš dujinės fazės į plazmos fazę (žr. plazma) nėra F. p., kadangi jonizacija dujos atsiranda palaipsniui, bet plačiąja prasme tai yra F. p. Šiame straipsnyje terminas „F. p. žiūrima siaurąja prasme.

Temperatūros, slėgio arba vertės reikšmė. kitos fizinės Vertė, kuriai esant vyksta fazė, vadinama perėjimo tašku.

Yra dviejų tipų F. p. Pirmojo tipo fizikoje tokie termodinaminiai parametrai staigiai keičiasi. medžiagos charakteristikos, pvz., tankis, komponentų koncentracija; masės vienetui išsiskiria labai apibrėžtas šilumos kiekis, vadinamas. perėjimo šiluma. Su antrosios rūšies F. yra tam tikras fizinis. reikšmė, lygi nuliui vienoje perėjimo taško pusėje, palaipsniui didėja (nuo nulio) didėjant atstumui nuo perėjimo taško į kitą pusę. Tokiu atveju tankis ir koncentracijos nuolat kinta, šiluma neišsiskiria ir nesugeria.

F. p. yra plačiai paplitęs reiškinys gamtoje. Pirmosios rūšies fizika apima: garavimą ir kondensaciją, lydymą ir kietėjimą, sublimaciją ir kondensaciją į kietąją fazę, tam tikrus kietųjų medžiagų struktūrinius perėjimus. išsilavinimas martensitas geležies-anglies lydinyje. IN antiferomagnetai esant vienai magnetinių subgardelių įmagnetinimo ašiai, išoriniame magnetiniame lauke, nukreiptame išilgai ašies, vyksta I tipo fazės poslinkis. Esant tam tikram lauko dydžiui, magnetinių pogardelių momentai sukasi statmenai lauko krypčiai (įvyksta subgardelės „apvirsta“). Grynuose superlaidininkuose magnetinis laukas sukelia pirmojo tipo fazės pokytį iš superlaidžios būsenos į normalią būseną. .

At absoliutus nulis temperatūros ir fiksuoto tūrio, fazė, kurios energijos vertė yra mažiausia, yra termodinamiškai pusiausvyra. Pirmojo tipo fizika šiuo atveju vyksta esant toms slėgio ir išorinių laukų reikšmėms, kuriose lyginamos dviejų skirtingų fazių energijos. Jei nefiksuosite kūno apimties V, ir spaudimas R, tada termodinaminėje būsenoje. pusiausvyra, minimumas yra Gibso energija Ф (arba G), o fazių pusiausvyros pereinamajame taške yra fazės, kurių Ф reikšmės yra vienodos. .

Daugelis medžiagų esant žemam slėgiui kristalizuojasi į laisvai supakuotas struktūras. Pavyzdžiui, kristalinis vandenilis susideda iš molekulių, esančių gana dideliais atstumais viena nuo kitos; struktūra grafitas yra plačiai išdėstytų anglies atomų sluoksnių serija. Esant pakankamai aukštam slėgiui, tokios laisvos struktūros atitinka dideles Gibbso energijos vertes. Esant tokioms sąlygoms, pusiausvyros uždaros fazės atitinka mažesnes Ф reikšmes. Todėl esant dideliam slėgiui grafitas virsta į deimantas, ir molekulinės kristalinės. vandenilis turi tapti atominiu (metaliniu). Kvantiniai skysčiai 3 He ir 4 He išlieka skysti esant normaliam slėgiui iki žemiausios pasiekiamos temperatūros (T ~ 0,001 K). To priežastis – silpna dalelių sąveika ir didelė jų svyravimų amplitudė esant artimam absoliučiui tempo-pax. nulis (vadinamieji nuliniai virpesiai ). Tačiau padidėjęs slėgis (iki 20 atm esant T = 0 K) veda prie skysto helio kietėjimo. Esant ne nuliui temp-pax ir tam tikram slėgiui bei temperatūrai, fazė su minimalia Gibso energija vis dar yra pusiausvyroje (minimali energija, iš kurios atimamas slėgio jėgų darbas ir sistemai perduodamos šilumos kiekis).

Pirmosios rūšies fizika pasižymi metastabilios pusiausvyros srities buvimu šalia pirmosios rūšies fizikos kreivės (pavyzdžiui, skystis gali būti kaitinamas iki temperatūros, viršijančios virimo tašką, arba peršaldomas žemiau užšalimo temperatūros). Metastabilios būsenos egzistuoja gana ilgą laiką dėl to, kad naujos fazės su mažesne Ф reikšme (termodinamiškai palankesnė) formavimasis prasideda nuo šios fazės branduolių atsiradimo. Ф vertės padidėjimas formuojant branduolį yra proporcingas jo tūriui, o nuostolis proporcingas paviršiaus plotui (vertei paviršiaus energija). Padaugėja mažų embrionų F, ir todėl su didžiule tikimybe jie sumažės ir išnyks. Tačiau tam tikrą kritinį dydį pasiekę branduoliai auga, o visa medžiaga pereina į naują fazę. Embriono susidarymas yra labai svarbus. dydis yra labai mažai tikėtinas procesas ir pasitaiko gana retai. Branduolio susidarymo tikimybė yra kritinė. dydis padidėja, jei medžiagoje yra pašalinių makroskopinių intarpų. dydžiai (pavyzdžiui, dulkių dalelės skystyje). Iš arti kritinis taškas mažėja skirtumas tarp pusiausvyros fazių ir paviršiaus energijos, lengvai susidaro didelių dydžių ir keistų formų branduoliai, kurie turi įtakos medžiagos savybėms .

II fazės tipų pavyzdžiai yra magnetinio momento atsiradimas (kiekvienu atveju žemiau temperatūros) magnete vykstant paramagnetiniam-feromagnetiniam perėjimui, antiferomagnetinis išdėstymas per paramagnetinį-feromagnetinį perėjimą. antiferomagnetas, superlaidumo atsiradimas metaluose ir lydiniuose, supertakumo atsiradimas 4 He ir 3 He, lydinių eiliškumas, savaiminės medžiagos poliarizacijos atsiradimas paraelektrinio perėjimo metu feroelektrinis ir tt

L.D. Landau(1937) pasiūlė bendrą visų antrojo tipo fazių aiškinimą kaip simetrijos kitimo taškus: virš pereinamojo taško sistema turi didesnę simetriją nei žemiau pereinamojo taško. Pavyzdžiui, magnete, virš perėjimo taško, elementariųjų magnetinių momentų kryptis (suka) dalelės pasiskirsto chaotiškai. Todėl visų sukimų sukimasis vienu metu fizikos nekeičia. sistemos savybės. Žemiau perėjimo taško nugarėlės turi pageidaujamą orientaciją. Jų sukimasis vienu metu keičia sistemos magnetinio momento kryptį. Kitas pavyzdys: dviejų komponentų lydinyje, kurio atomai A ir B esančios paprasto kubinio mazguose kristalinė gardelė, netvarkingai būsenai būdingas chaotiškas A ir B atomų pasiskirstymas gardelės vietose, todėl gardelės poslinkis vienu periodu nepakeičia jos savybių. Žemiau perėjimo taško lydinio atomai yra išdėstyti tokia tvarka: ...ABAV... Tokios gardelės poslinkis periodu lemia, kad visi A atomai pakeičiami B arba atvirkščiai. Dėl atomų išsidėstymo tvarkos nustatymo sumažėja gardelės simetrija.

Pati simetrija atsiranda ir staiga išnyksta. Tačiau asimetriją apibūdinantis kiekis (užsakymo parametras) gali nuolat keistis. Antrojo tipo fazių eilės parametras yra lygus nuliui virš pereinamojo taško ir pačiame perėjimo taške. Pavyzdžiui, feromagneto magnetinis momentas elgiasi panašiai. feroelektrinė poliarizacija, superskysčio komponento tankis skystyje 4 He, atomo aptikimo tikimybė A atitinkamame kristaliniame mazge. dviejų komponentų lydinio grotelės ir kt.

Antrosios rūšies fizika pasižymi tankio, koncentracijos ir perėjimo karščio šuolių nebuvimu. Tačiau lygiai toks pat vaizdas pastebimas ir kritinėje. pirmos rūšies fazinės funkcijos kreivės taškas . Panašumas pasirodo labai gilus. Beveik kritinis tašką, medžiagos būseną galima apibūdinti dydžiu, kuris atlieka eilės parametro vaidmenį. Pavyzdžiui, kritiniu atveju skysčio ir garų pusiausvyros kreivės taškai yra tankio nuokrypis nuo vidutinės vertės. Važiuojant kritine izochoras aukštos temperatūros pusėje dujos yra vienalytės, o ši vertė lygi nuliui. Žemiau kritinė temperatūra medžiaga stratifikuojama į dvi fazes, kurių kiekvienoje tankio nuokrypis nuo kritinio nėra lygus nuliui. Kadangi antrosios rūšies fazės mažai skiriasi viena nuo kitos netoli fazės taško, gali susidaryti dideli vienos fazės branduoliai kitoje (svyravimai), lygiai toks pat, kaip beveik kritinis. taškų. Su tuo siejama daug kritikos. reiškiniai antrojo tipo II fazės metu: begalinis feromagnetų magnetinio jautrumo ir feroelektrikų dielektrinės konstantos padidėjimas (analogas yra suspaudžiamumo padidėjimas šalia kritinio skysčio ir garų taško), begalinis šilumos talpos padidėjimas, anomali sklaida elektromagnetinių bangų [šviesa skystyje ir garuose , Rentgeno spinduliai kietose medžiagose], neutronai feromagnetuose. Dinaminiai reiškiniai taip pat labai kinta, o tai susiję su labai lėta atsirandančių svyravimų rezorbcija. Pavyzdžiui, beveik kritinis skysčio-garų taškas susiaurina Rayleigh liniją šviesos sklaida, Uždaryti Curie taškai feromagnetai ir Neel taškai antiferromagnetų sukimosi difuzija sulėtėja ir tt trečia. svyravimo dydis (koreliacijos spindulys) R didėja artėjant prie antrosios rūšies II fazės taško ir šiuo metu tampa be galo didelis.

Šiuolaikiniai antrojo tipo fizikinių reiškinių ir kritinių reiškinių teorijos pasiekimai grindžiami panašumo hipoteze. Daroma prielaida, kad jei priimsime R vienam ilgio matavimo vienetui ir vid. langelio su briauna eilės parametro reikšmė R- vienam užsakymo parametro matavimo vienetui, tada visas svyravimo modelis nepriklausys nei nuo perėjimo taško artumo, nei nuo konkrečios medžiagos. Viskas yra termodinamiška. dydžiai yra galios funkcijos R. Rodikliai vadinami kritiniais matmenimis (indeksais). Jie nepriklauso nuo konkrečios medžiagos ir nustatomi tik pagal užsakymo parametro pobūdį. Pavyzdžiui, izotropinės medžiagos, kurios eilės parametras yra įmagnetinimo vektorius, matmenys Curie taške skiriasi nuo matmenų kritiniame taške. taškinis skystis – garai arba vienaašio magneto Curie taške, kur eilės parametras yra skaliarinis dydis.

Netoli perėjimo taško būsenos lygtis turi būdingą dėsnio išvaizdą atitinkamos valstybės. Pavyzdžiui, beveik kritinis taškinis skysčio ir garų santykis (p - p k) / (p l - p g) priklauso tik nuo (p - p k) / (p l - r g)* K T(čia p - tankis, p k - kritinis tankis, p l - skysčio tankis, p g - dujų tankis, R - slėgis, p k - kritinis spaudimas, K T - izoterminis suspaudžiamumas), Be to, priklausomybės tipas, pasirinkus tinkamą skalę, yra vienodas visiems skysčiams .

Didelė pažanga padaryta teoriniame moksle. kritinio skaičiavimas matmenys ir būsenos lygtys gerai sutampa su eksperimentiniais duomenimis.

Tolesnis antrojo tipo fizikos teorijos vystymas yra susijęs su kvantinio lauko teorijos metodų, ypač renormalizacijos grupės metodo, naudojimu. Šis metodas iš esmės leidžia bet kokiu reikiamu tikslumu rasti kritinius indeksus.

Fizikos skirstymas į du tipus yra šiek tiek savavališkas, nes yra pirmosios rūšies fizikos su mažais šilumos talpos ir kitų kiekių šuoliais bei mažais perėjimo karščiais su labai išvystytais svyravimais. Fizinis reiškinys yra kolektyvinis reiškinys, kuris vyksta esant griežtai apibrėžtoms temperatūros ir kitų dydžių vertėms tik sistemoje, kurioje yra savavališkai daug dalelių.

Lit.: Landau L. D., Lifshits E. M., Statistinė fizika, 2 leidimas, M., 1964 (Teorinė fizika, t. 5); Landau L. D., Akhiezer A. I., Lifshits E. M., Bendrosios fizikos kursas. Mechanika ir molekulinė fizika, 2 leidimas, M., 1969; Brayt R., Faziniai perėjimai, vert. iš anglų k., M., 1967;Fisher M., Kritinės būklės prigimtis, vert. iš anglų k., M., 1968; Stanley G., Fazių perėjimai ir kritiniai reiškiniai, vert. iš anglų k., M., 1973; Anisimovas M.A., Kritinių reiškinių skysčiuose tyrimai, "Fizikinių mokslų pažanga", 1974, t. 114, v. 2; Patashinsky A. Z., Pokrovsky V. L., Fazių perėjimų svyravimo teorija, M., 1975; Kvantinio lauko teorija ir fazių perėjimų fizika, trans. iš anglų k., M., 1975 (Fundamentinės fizikos naujienos, 6 numeris); Wilson K., Kogut J., Renormalization group and s-expansion, vert. iš anglų k., M., 1975 (Fundamentinės fizikos naujienos, 5 eil.).

IN. L. Pokrovskis.

Remiantis TSB medžiagomis.

Belousova Julija, Koban Anastasija

Darbe aprašomi materijos faziniai virsmai. Fazių pusiausvyra. Lydymasis, kristalizacija, garinimas, kondensacija.

Parsisiųsti:

Peržiūra:

Norėdami naudoti pristatymų peržiūras, susikurkite „Google“ paskyrą ir prisijunkite prie jos: https://accounts.google.com

Skaidrių antraštės:

Fizikos tiriamasis darbas: materijos faziniai perėjimai

Planas: Objekto sritis ir darbo objektas Tyrimo aktualumas Tyrimo tikslas ir uždaviniai Susipažinimas su pradine informacija apie fazinius perėjimus Fazinių perėjimų rūšys Fazių pusiausvyra Fazinių perėjimų procesai Išvada

Objektų sritis Fizika yra visatos mokslas, leidžiantis nagrinėti ir suprasti mus supančius procesus visomis jų subtilybėmis. „Gražiausia, ką galime patirti, yra tai, kas nesuvokiama. Jis tarnauja kaip tikrojo meno ir mokslo šaltinis.“ Albertas Einšteinas.

Tyrimo objektas Šios srities tyrimo objektu nagrinėsime medžiagos fazinio virsmo procesą.

Temos aktualumas Ši tema įdomi ir aktuali, nes pastaraisiais metais plačiai žinomas fazių perėjimų panaudojimas įvairiose mokslo ir technologijų srityse. Fazinius perėjimus galima priskirti prie praktiškiausių fizikinių efektų pritaikymo būdų.Tai paaiškinama tuo, kad fazių perėjimai yra: Dažnai naudojami patentuose ir praktiškuose sprendimuose.

Darbo tikslas: Susipažinti su pagrindinėmis šiuolaikinio mokslo sampratomis apie įvairius fazių pusiausvyros tipus ir medžiagos perėjimo iš vienos fazės į kitą procesų fizines ypatybes.

Tikslai: Fazinio virsmo sampratos svarstymas; Fazinio virsmo tipų ir pagrindinių charakteristikų nustatymas; Fazių pusiausvyros įvertinimas; Įvairių fazinio virsmo procesų nustatymas

Fazinio perėjimo samprata Fazinis perėjimas, fazinė transformacija plačiąja prasme – tai medžiagos perėjimas iš vienos fazės į kitą, kai keičiasi išorinės sąlygos – temperatūra, slėgis, magnetiniai ir elektriniai laukai ir kt. Siaurąja prasme tai yra staigus fizikinių savybių pasikeitimas, nuolat keičiantis išoriniams parametrams.

Fazių virsmų tipai Faziniai virsmai skirstomi į I ir II tipus.Medžiagos agreguotųjų būsenų pokyčiai vadinami pirmos eilės faziniais virsmais, jeigu: 1) Temperatūra yra pastovi viso perėjimo metu. 2) Keičiasi sistemos tūris. 3) Keičiasi sistemos entropija. Antrosios eilės faziniai virsmai yra faziniai perėjimai, kurių metu pirmieji termodinaminių potencialų dariniai slėgio ir temperatūros atžvilgiu nuolat kinta, o antrieji jų dariniai patiria šuolį. Iš to visų pirma išplaukia, kad antrosios eilės fazinio virsmo metu medžiagos energija ir tūris nekinta, tačiau kinta jos šiluminė talpa, suspaudžiamumas, įvairūs jautrumai ir kt.

Fazių fazių diagramos perėjimai, vaizduojantys pirmosios ir antrosios eilės skystųjų ir dujinių fazių ribas

Fazių pusiausvyra Fazių pusiausvyros sąlygą galima gauti iš termodinamikos teoremų. Kai sistema yra pusiausvyroje, visų jos fazių temperatūros ir slėgiai yra vienodi. Jei jie yra pastovūs, tai sistemos termodinaminis potencialas gali tik mažėti. Esant pusiausvyrai, ji įgyja mažiausią vertę. Tegul m 1 yra pirmosios fazės masė, o m 2 - antrosios fazės masė.  1 ir  2 yra specifiniai medžiagos termodinaminiai potencialai šiose fazėse. Visos sistemos termodinaminis potencialas vaizduojamas kaip Ф = m 1  1 + m 2  2. Jei  1   2, tai bet koks 1 fazės transformavimas į 2 fazę lydimas Ф sumažėjimo. kol visa fazė 1 pereis į stabilesnę fazę 2. Tada sistema taps vienfaze, o jos termodinaminis potencialas pasieks mažiausią reikšmę m  2. Priešingai, jei  1   2, tada 2 fazė ilgainiui virs 1 faze. Tik esant sąlygai  1 (P, T) =  2 (P, T) (1) Fazės bus pusiausvyros su vienas kitą. Taigi fazių pusiausvyros sąlyga yra jų specifinių termodinaminių potencialų lygybė.

Anglies dioksido fazės pusiausvyros diagrama:

Sąlygos (1) reikšmė yra ta, kad bet kokių fazių transformacijų metu specifinio termodinaminio potencialo reikšmė išlieka nepakitusi. Taigi, keičiantis cheminės medžiagos būsenai, jos specifinis termodinaminis potencialas visada kinta nuolat

Fazių virsmų procesai Apsvarstykite: Garavimą ir kondensaciją Lydymąsi ir kristalizaciją Skysčio virimą ir perkaitinimą

Garavimas ir kondensacija Skysčio perėjimas į dujinę būseną vadinamas garavimu, kietosios medžiagos perėjimas į dujinę – sublimacija. Šiluma, kuri turi būti perduodama medžiagos masės vienetui, kad ji virstų garais, kurių temperatūra yra tokia pati, kokia buvo medžiaga prieš išgaravimą, vadinama specifine garavimo šiluma. Kondensacijos metu grąžinama garuojant prarasta šiluma: kondensacijos metu susidaręs skystis įkaista. Garai, kurie yra pusiausvyroje su skysčiu, vadinami sočiaisiais. Slėgis, kuriam esant susidaro pusiausvyra, vadinamas sočiųjų garų slėgiu.

Kai kurių skysčių garavimas Kai kurių rūšių skysčių išgaravimas diagramoje

Lydymasis ir kristalizacija Kristalinio kūno perėjimas į skystą būseną įvyksta kiekvienai medžiagai būdingoje temperatūroje ir tam reikia išleisti tam tikrą šilumos kiekį, vadinamą sintezės šiluma. Lydymosi temperatūra priklauso nuo slėgio. Taigi perėjimas iš kristalinės būsenos į skystą įvyksta labai specifinėmis sąlygomis, kurioms būdingos slėgio ir temperatūros reikšmės. Šių verčių rinkinys atitinka (p, T) diagramos kreivę, kuri paprastai vadinama lydymosi kreive

Kristalizacijos procesas, atvirkštinis lydymosi, vyksta taip. Kai skystis atšaldomas iki temperatūros, kurioje kietoji ir skystoji fazės gali būti pusiausvyroje esant tam tikram slėgiui (t. y. iki tos pačios temperatūros, kurioje vyko lydymasis), tuo pačiu metu prasideda kristalų augimas aplink vadinamuosius branduolius arba kristalizacija. centrai. Vis labiau augdami, atskiri kristalai ilgainiui susitraukia, sudarydami polikristalinę kietą medžiagą. Kristalizacijos procesą lydi toks pat šilumos kiekis, kuris absorbuojamas lydymosi metu.

Tirpimas

Diagrama: Lydymasis-kristalizacija

Skysčio virimas ir perkaitimas Jeigu skystis inde kaitinamas esant pastoviam išoriniam slėgiui nuo laisvo skysčio paviršiaus. Šis garų susidarymo procesas vadinamas garavimu. Pasiekus tam tikrą temperatūrą, vadinamą virimo tašku, garai pradeda formuotis ne tik nuo laisvo paviršiaus, auga ir kyla į paviršių garų burbuliukai, su savimi išsinešdami ir patį skystį. Garinimo procesas tampa žiaurus. Šis reiškinys vadinamas virimu. Perkaitintą vandenį galima gauti, pavyzdžiui, kvarcinėje kolboje su lygiomis sienelėmis. Kolba iš pradžių kruopščiai išskalaujama sieros, azoto ar kita rūgštimi, o paskui distiliuotu vandeniu. Į išplautą kolbą pilamas distiliuotas vanduo, iš kurio ilgai verdant pašalinamas joje ištirpęs oras. Po to kolboje esantis vanduo gali būti kaitinamas ant dujų degiklio iki žymiai aukštesnės nei virimo temperatūra, tačiau jis neužvirs, o tik intensyviai išgaruos nuo laisvo paviršiaus. Tik retkarčiais kolbos dugne susidaro garų burbulas, kuris greitai auga, atsiskiria nuo dugno ir kyla į skysčio paviršių, o kylant jo dydis labai padidėja. Tada vanduo ilgai išlieka ramus. Jei į tokį vandenį, pavyzdžiui, įmetus žiupsnelį arbatos, įleistas dujinis gemalas, jis smarkiai užvirs, o jo temperatūra greitai nukris iki virimo temperatūros. Ši veiksminga patirtis yra sprogstama.

Virimo temperatūra Vandens temperatūra verdant branduolį

Išvada Šis darbas leido daugiau sužinoti apie procesus, kurie vyksta vienai medžiagos būsenai pereinant į kitą, kokias savybes turi kiekviena iš fazių ir būsenų. Matydami aplink vykstančius procesus, žinodami tik pagrindinę teoriją, galime nesunkiai pasakyti, kaip tai vyksta. Todėl fizika mums padeda pažinti daugumą gamtos mokslų dėsnių, kurie mums padės ateityje.

Koncepcija fazė termodinamikoje jie laikomi platesne prasme nei agregacijos būsenos. Pagal fazė termodinamika suprantame medžiagos termodinaminę pusiausvyros būseną, kuri fizinėmis savybėmis skiriasi nuo kitų galimų tos pačios medžiagos pusiausvyros būsenų.. Kartais nepusiausvyrinė metastabili medžiagos būsena taip pat vadinama faze, bet metastabilia. Medžiagos fazės gali skirtis pagal struktūrinių dalelių judėjimo pobūdį ir sutvarkytos struktūros buvimą ar nebuvimą. Skirtingos kristalinės fazės gali skirtis viena nuo kitos kristalų struktūros tipu, elektriniu laidumu, elektrinėmis ir magnetinėmis savybėmis ir kt.. Skystos fazės viena nuo kitos skiriasi komponentų koncentracija, superlaidumo buvimu ar nebuvimu ir kt.

Medžiagos perėjimas iš vienos fazės į kitą vadinamas fazių perėjimas . Fazių perėjimai apima garavimo ir lydymosi, kondensacijos ir kristalizacijos reiškinius ir tt Dviejų fazių sistemoje fazės yra pusiausvyroje toje pačioje temperatūroje. Didėjant tūriui dalis skysčio virsta garais, tačiau norint palaikyti pastovią temperatūrą, reikia perduoti tam tikrą šilumos kiekį iš išorės. Taigi, norint pereiti iš skystos fazės į dujinę sistemą, būtina perduoti šilumą nekeičiant sistemos temperatūros. Ši šiluma keičiasi medžiagos fazinei būsenai ir vadinama fazių virsmo šiluma arba latentinė virsmo šiluma . Didėjant temperatūrai, latentinė fiksuotos medžiagos masės virsmo šiluma mažėja, o kritinėje temperatūroje ji lygi nuliui. Faziniam virimui apibūdinti naudojama specifinė fazinio virsmo šiluma. Fazinio virsmo savitoji šiluma yra latentinės šilumos kiekis medžiagos masės vienetui.

Faziniai perėjimai, kai sugeria arba išsiskiria latentinė perėjimo šiluma, vadinami pirmosios eilės fazių perėjimai . Tokiu atveju staiga pasikeičia vidinė energija ir tankis. Pereinant iš labiau tvarkingos būsenos į mažiau tvarkingą, entropija didėja. Lentelėje pateikiami pirmos eilės fazių perėjimai ir jų pagrindinės charakteristikos.

Lentelė. Pirmojo rad faziniai perėjimai ir pagrindinės jų charakteristikos .

SU Yra ryšys tarp slėgio, kuriam esant dviejų fazių sistema yra pusiausvyra, ir temperatūros pirmos eilės fazių perėjimų metu. Šis ryšys aprašytas . Panagrinėkime šios lygties išvedimą uždaroms sistemoms. Jei dalelių skaičius sistemoje yra pastovus, tai vidinės energijos pokytis pagal pirmąjį termodinamikos dėsnį nustatomas pagal išraišką: . Pusiausvyra tarp fazių bus su sąlyga, kad T 1 = T 2 ir P 1 = P 2. Panagrinėkime be galo mažą grįžtamąjį Karno ciklą (6.8 pav.), kurio izotermos atitinka dvifazės sistemos būseną esant T ir dT temperatūroms. Kadangi būsenos parametrai kinta be galo mažai, izotermos ir adiabatai 6.8 pav. pavaizduoti kaip tiesios linijos. Slėgis tokiame cikle keičiasi dydžiu dP. Sistemos veikimas per ciklą nustatomas pagal formulę:
. Tarkime, kad ciklas įgyvendintas sistemai, kurios medžiagos masė lygi vienetui. Tokio elementaraus Carnot ciklo efektyvumą galima nustatyti pagal formules:
arba
, Kur L P– savitoji garavimo šiluma. Sulyginę dešiniąsias šių lygybių puses ir pakeitę išraišką darbu per slėgį ir tūrį, gauname:
. Koreliuosime slėgio pokytį su temperatūros pokyčiu ir gaukime:

(6.23)

Lygtis (6.23) vadinama Clapeyron-Clausius lygtis . Analizuodami šią lygtį, galime daryti išvadą, kad kylant temperatūrai, didėja slėgis. Tai išplaukia iš to, kad
, ir todėl
.

Clapeyron-Clausius lygtis taikoma ne tik skysčio-garų perėjimui. Tai taikoma visiems pirmos eilės perėjimams. Apskritai jis gali būti parašytas taip:

(6.24)

Naudodami Clapeyron–Clausius lygtį galime pateikti sistemos būsenos diagramą P, T koordinatėmis (6.9 pav.). Šioje diagramoje 1 kreivė yra sublimacijos kreivė. Tai atitinka dviejų fazių pusiausvyros būseną: kietą ir garų. Taškai, esantys šios kreivės kairėje, apibūdina vienfazę kietąją būseną. Dešinėje esantys taškai apibūdina garų būseną. 2 kreivė – lydymosi kreivė. Tai atitinka dviejų fazių pusiausvyros būseną: kietą ir skystą. Taškai, esantys šios kreivės kairėje, apibūdina vienfazę kietąją būseną. Taškai, esantys dešinėje nuo jo iki 3 kreivės, apibūdina skystą būseną. 3 kreivė – garinimo kreivė. Tai atitinka dviejų fazių pusiausvyros būseną: skysčio ir garų. Taškai, esantys šios kreivės kairėje, apibūdina vienfazę skystą būseną. Dešinėje esantys taškai apibūdina garų būseną. 3 kreivė, skirtingai nei 1 ir 2 kreivės, yra ribota iš abiejų pusių. Vienoje pusėje – trigubas taškas Tr, kita vertus - kritinis taškas K (6.9 pav.). Trigubas taškas apibūdina trijų fazių pusiausvyros būseną: kietą, skystą ir garą.