Maddenin faz geçişleri. Gerçek sistemler ve faz geçişleri Çeşitli maddelerin faz geçişleri sırasında tablo basıncı

2. Birinci ve ikinci dereceden faz geçişleri………………………..4

3. İdeal gaz……………………………………………………….7

4. Gerçek gaz…………………………………………………………8

5. Kritik olayların moleküler – kinetik teorisi.......9

6. Aşırı akışkanlık……………………………………………………..11

7. Süperiletkenlik……………………………………………..13

7.1 Süperiletkenliğin keşfi………………….…...13

7.2 Elektron – fonon etkileşimi……………..14

7.3 Birinci ve ikinci türden süperiletkenler…………16

7.4 Süperiletken yapmanın tarifi…………….17

7.5 Güvenlik önlemleri……………………………….18

7.6 Meissner etkisi……………………………………………………20

8. Sonuç………………………….……………………….22

9. Referanslar…………………………………………………….25

1. Giriş.

Fazlar, fiziksel ve kimyasal sistemlerin homojen farklı kısımlarına denir. Maddenin durumunun tüm parametreleri, atomlar arası durumlara kıyasla boyutları büyük olan tüm hacimlerinde aynı olduğunda bir madde homojendir. Farklı gazların karışımları, tüm hacim boyunca eşit konsantrasyonlarda ise her zaman bir faz oluşturur.

Aynı madde, dış koşullara bağlı olarak üç toplanma durumundan birinde olabilir: sıvı, katı veya gaz. Dış koşullara bağlı olarak tek fazda olabileceği gibi aynı anda birden fazla fazda da olabilir. Çevremizdeki doğada özellikle suyun faz geçişlerini sıklıkla gözlemliyoruz. Örneğin: buharlaşma, yoğunlaşma. Bir maddenin farklı fazlarda dengede olduğu basınç ve sıcaklık koşulları vardır. Örneğin, bir gaz faz dengesi durumunda sıvılaştırıldığında hacim herhangi bir şey olabilir ve geçiş sıcaklığı doymuş buhar basıncıyla ilişkilidir. Bir fazdan diğerine geçişin gerçekleştiği sıcaklıklara geçiş sıcaklıkları denir. Değişen derecelerde de olsa basınca bağlıdırlar: erime noktası daha zayıftır, buharlaşma ve süblimleşme sıcaklığı daha güçlüdür. Normal ve sabit basınçta, belirli bir sıcaklıkta geçiş meydana gelir ve burada erime, kaynama ve süblimleşme (veya süblimleşme) noktaları gerçekleşir. Süblimleşme, bir maddenin katı halden gaz haline geçmesidir ve örneğin kuyruklu yıldız kuyruklarının kabuklarında gözlemlenebilir. Bir kuyruklu yıldız Güneş'ten uzakta olduğunda kütlesinin neredeyse tamamı 10-12 kilometre uzunluğundaki çekirdeğinde yoğunlaşır. Küçük bir gaz kabuğuyla çevrelenen çekirdek, kuyruklu yıldız başı olarak adlandırılır. Güneş'e yaklaşıldığında kuyruklu yıldızın çekirdeği ve kabukları ısınmaya başlar, süblimleşme olasılığı artar, desüblimleşme azalır. Kuyruklu yıldızın çekirdeğinden çıkan gazlar katı parçacıkları da beraberinde taşır, kuyruklu yıldızın kafasının hacmi artar ve bileşim olarak gaz-toz haline gelir.

2. Birinci ve ikinci dereceden faz geçişleri.

Faz geçişleri çeşitli tiplerde gelir. Aşağıdaki durumlarda bir maddenin toplam durumlarındaki değişikliklere birinci dereceden faz geçişleri denir:

1) Geçişin tamamı boyunca sıcaklık sabittir.

2) Sistemin hacmi değişir.

3) Sistemin entropisi değişir.

Böyle bir faz geçişinin gerçekleşmesi için, belirli bir madde kütlesine, dönüşümün gizli ısısına karşılık gelen belirli bir miktarda ısının verilmesi gerekir. Aslında, yoğunlaşmış fazın daha düşük yoğunluklu bir faza geçişi sırasında, kristal kafesi yok etmek (erime sırasında) veya uzaklaştırmak için kullanılacak olan belirli miktarda enerjinin ısı şeklinde verilmesi gerekir. birbirinden sıvı moleküller (buharlaşma sırasında). Dönüşüm sırasında gizli ısı, yapışma kuvvetlerini dönüştürmeye gidecek, termal hareketin yoğunluğu değişmeyecek ve bunun sonucunda sıcaklık sabit kalacaktır. Böyle bir geçişle birlikte düzensizliğin derecesi ve dolayısıyla entropi artar. İşlem ters yönde giderse gizli ısı açığa çıkar. Birinci dereceden faz geçişleri şunları içerir: bir katının sıvıya dönüşümü (erime) ve ters işlem (kristalleşme), sıvının buhara dönüşümü (buharlaşma, kaynama). Bir kristalin diğerine modifikasyonu (polimorfik dönüşümler). İkinci türden faz geçişleri şunları içerir: normal bir iletkenin süper iletken bir duruma, helyum-1'in süper akışkan helyum-2'ye, bir ferromanyetin paramanyetik bir duruma geçişi. Demir, kobalt, nikel ve gadolinyum gibi metaller yüksek oranda mıknatıslanma ve uzun süre mıknatıslanmada kalma özellikleriyle öne çıkıyor. Bunlara ferromıknatıs denir. Çoğu metal (alkali ve alkali toprak metalleri ve geçiş metallerinin önemli bir kısmı) zayıf bir şekilde mıknatıslanır ve bu durumu manyetik alan dışında tutmaz - bunlar paramanyetiktir. İkinci, üçüncü ve benzeri türden faz geçişleri, geçiş noktasında sonlu ölçümler deneyimleyen termodinamik potansiyel ∂ph'nin türevlerinin mertebesiyle ilişkilidir. Faz dönüşümlerinin bu sınıflandırması, teorik fizikçi Paul'un çalışmasıyla ilişkilidir. Ernest'in (1880 -1933). Böylece, ikinci dereceden faz geçişi durumunda, ikinci dereceden türevler geçiş noktasında sıçramalar yaşar: sabit basınçta ısı kapasitesi Cp=-T(∂ph 2 /∂T 2), sıkıştırılabilirlik β=-(1 /V 0)(∂ 2 f/ ∂p 2), termal genleşme katsayısı α=(1/V 0)(∂ 2 f/∂Tp), birinci türevler sürekli kalır. Bu, ısı salınımının (absorbsiyonunun) olmadığı ve spesifik hacimde (φ - termodinamik potansiyel) bir değişiklik olmadığı anlamına gelir.

Faz dengesinin durumu, faz dönüşümünün sıcaklığı ile basınç arasındaki belirli bir ilişki ile karakterize edilir. Sayısal olarak, faz geçişlerine olan bu bağımlılık Clapeyron-Clausius denklemi ile verilmektedir: Dp/DT=q/TDV. Düşük sıcaklıklarda yapılan araştırmalar fiziğin çok önemli bir dalıdır. Gerçek şu ki, bu şekilde kaotik termal hareketle ilişkili parazitlerden kurtulabilir ve fenomeni "saf" bir biçimde inceleyebilirsiniz. Bu özellikle kuantum yasalarını incelerken önemlidir. Genellikle, kaotik termal hareket nedeniyle, fiziksel bir miktarın çok sayıda farklı değerinin ortalaması alınır ve kuantum sıçramaları "yayılır".

Düşük sıcaklıklar (kriyojenik sıcaklıklar), fizik ve kriyojenik teknolojide sıcaklık aralığı 120°K'nin (0°c=273°K) altındadır; Carnot (bir ısı makinesi üzerinde çalışıyordu) ve Clausius'un çalışmaları, gazların ve buharların özellikleri veya teknik termodinamik çalışmalarının temelini attı. 1850'de Clausius, doymuş su buharının genleşirken kısmen yoğunlaştığını ve sıkıştırıldığında aşırı ısınmış bir duruma geçtiğini fark etti. Renu bu bilimsel disiplinin gelişimine özel bir katkı yaptı. Oda sıcaklığında gaz moleküllerinin gerçek hacmi, gazın kapladığı hacmin yaklaşık binde biri kadardır. Ek olarak moleküller, itilmelerinin başladığı mesafeden daha büyük mesafelerde birbirlerine çekilir.

Ters işaret ve hacim ile alınan spesifik entropi değerlerine eşit: (4.30) Faz dengesini sağlayan noktalarda: , kimyasal potansiyelin farklı fazlar için birinci türevleri bir süreksizlik yaşarsa: (4.31) derler termodinamik sistemin birinci türden bir faz geçişi yaşadığını gösteriyor. Birinci dereceden faz geçişleri, faz geçişinin gizli ısısının varlığı ile karakterize edilir, ...

Aşırı kaldırmalara karşı sıfır ve maksimum koruma. - gemilerin bagajdaki ara noktalarda durdurulmasını sağlayın. Kaldırma makinesinin binasındaki kaldırma ünitesinin çalışma modları hakkında, yükleme cihazının operatöründe, sevk görevlisinde ışıklı sinyal. Otomatik kaldırma kurulumlarına yönelik modern ayarlanabilir DC elektrikli sürücüler, DC motorları temel alır...

44,5 cm, c = 12 cm, a = 20 cm, l = 8 cm Manyetik sistemin kuvvet etkisi, alan modülü H ve eğiminin çarpımına eşit bir değerle tahmin edildi. Düşündüğümüz manyetik sistemin alan modülü H'nin dağılımının belirgin bir açısal bağımlılık ile karakterize edildiği bulunmuştur. Bu nedenle alan modülü H'nin hesaplanması, tüm yüzey boyunca iki farklı yay üzerinde bulunan noktalar için 1°'lik adımlarla gerçekleştirildi.

Sistem kendi “faz portresini” elde etmekten ibarettir (Wolkenstein, 1978). Sistemin durağan durumlarını ve onlardan sapıldığında dinamiklerinin doğasını tanımlamayı mümkün kılar. Faz portreleri yöntemi, teknolojide değişen karmaşıklıktaki fiziksel sistemlerin davranışını analiz etmek ve tahmin etmek için ve matematiksel ekolojide popülasyon dinamiklerini analiz etmek için kullanılır (Volkenshtein, 1978; Svirezhev...

Src="https://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_0.jpg" alt=">FAZ GEÇİŞLERİ">!}

Src="https://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_1.jpg" alt=">Ana faz geçişi türleri (fiziksel sınıflandırma)">!}

Src="https://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_2.jpg" alt=">Toplanma kaynaması durumundaki değişiklikle faz geçişleri (yoğuşma) ) erime (kristalleşme) süblimleşme"> 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://current5.com/Presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_3.jpg" alt=">2. Allotropik (polimorfik) faz geçişleri Yalnızca polimorfik faz geçişleri meydana gelir katı agregada"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_4.jpg" alt=">3. Ferroelektrik faz geçişleri Belirli koşullar altında bilinen maddeler koşullar belki bazı"> 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://current5.com/Presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_5.jpg" alt=">4. Manyetik faz geçişleri Bir grup maddenin aşağıdaki özelliklere sahip olduğu bilinmektedir: yüksek kendiliğinden mıknatıslanma"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_6.jpg" alt=">5. Ferro-ferromanyetik faz geçişleri Bilinen maddeler vardır: belirli sıcaklıklarda sıralama gözlenir"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_7.jpg" alt=">6. Süperiletken duruma geçişler süperiletkenlik elektrik olan şeydir"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_8.jpg" alt=">Süperiletken duruma geçişin artan sıcaklığının kronolojisi yüksek sıcaklık süper iletkeni HgBa2CuO4+δ">!}

Src="https://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_9.jpg" alt=">2,19 K sıcaklıkta sıvı helyum iki faza ayrılır - Cehennem ve cehennem."> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_10.jpg" alt=">Ele alınan örneklerden de görülebileceği gibi, çok farklı şeyler ortaya çıkabilir termodinamik bir sistem FP'de gerçekleşir."> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_11.jpg" alt=">Ehrenfest'e göre faz geçişlerinin termodinamik sınıflandırması">!}

Src="https://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_12.jpg" alt=">Gibbs enerjisinin birinci türevleri Gibbs enerjisinin ikinci türevleri ve fiziksel büyüklükler, bunlarla ilgili">!}

Src="https://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_13.jpg" alt=">Birinci ve ikinci dereceden faz geçişleri sırasında termodinamik özelliklerdeki değişiklikler">!}

Src="https://current5.com/Presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_14.jpg" alt=">Birinci dereceden faz geçişlerinin termodinamik teorisi Tek bir durumu ele alalım -bileşen (yani ayrı bir maddeden oluşan) heterojen"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_15.jpg" alt=">Bu sistemin r fazlarının her biri için şunu yazabiliriz: termodinamik parametrelerin karşılık gelen değerleri"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_16.jpg" alt=">Basitlik açısından tek bileşenli heterojen sistemimizde şunu varsayalım: yalnızca 2 faz bir arada bulunur."> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_17.jpg" alt=">Bu bağımlılık için açık bir ifade elde edeceğiz. Alalım. tek bileşenli sistemlerde,"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_18.jpg" alt=">G=U+pV-TS ifadesine dayanarak, sonra elde ettiğimiz farklılaşma: dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT. İfadesini dikkate alalım."> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_19.jpg" alt=">Faz dönüşümü T,p=const'ta meydana gelir ve buna eşlik eder hacimde V1'den V2'ye bir değişiklik."> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_20.jpg" alt=">Böylece T ve p arasında faz dengesine karşılık gelen fonksiyonel bir bağlantı Bu nedenle eğer"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_21.jpg" alt=">Son iki denklemi birleştirerek V2 -V1=ΔV'yi ifade ediyoruz ( iki fazın fark molar hacimleri),"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_22.jpg" alt=">Yoğun fazlar arasında geçiş Erime için (geçiş kristal fazı - sıvı)"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_23.jpg" alt=">Geçiş sıvısı - buhar (buharlaşma) Faz geçişi koşulları varsa (p ,T) kritik olmaktan oldukça uzak"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_24.jpg" alt=">Geçiş kristal fazı - buhar (süblimleşme) Clausius-Clapeyron denklemi aynı görünüme sahip ama"> Переход кристаллическая фаза – пар (сублимация) Уравнение Клаузиуса-Клапейрона имеет тот же вид, но вместо ΔHисп – энтальпия сублимации ΔHсуб:!}

Src="https://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_25.jpg" alt=">Bazen yoğun fazdan geçiş için Clausius-Clapeyron denklemi gaz fazına integral formda yazılır:"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_26.jpg" alt=">Böylece diferansiyele girdik (ve bazı özel durumlar için - ve integral olarak)"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_27.jpg" alt=">İkinci türden faz dönüşümleri, kristallerde sıralanma sırasında meydana gelir. nokta kusurları (yapı değiştiğinde"> 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://current5.com/currentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_28.jpg" alt=">Landau'nun teorisi, sistemin bireysel aşamalarının birbirinden farklı olduğunu varsayar. diğer fiziksel özellikler,"> 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.!}

FAZ GEÇİŞİ, geniş anlamda faz dönüşümü - bir maddenin birinden geçişi aşamalar dış koşullar değiştiğinde diğerine - sıcaklık, basınç, manyetik ve elektriksel. alanlar vb.; dar anlamda - fiziksel olarak ani bir değişiklik. dış parametrelerde sürekli değişiklik olan özellikler. "Ph. p." teriminin iki yorumu arasındaki fark. aşağıdaki örnekten görülebilir. Dar anlamda bir maddenin gaz fazından plazma fazına geçişi (bkz. Plazma) bir F.p. değildir, çünkü iyonlaşma gaz kademeli olarak oluşur, ancak geniş anlamda F. p'dir. Bu makalede "F. p." terimi dar anlamda bakılır.

Sıcaklık, basınç veya değerin değeri. diğer fiziksel Fazlamanın meydana geldiği değere geçiş noktası denir.

İki tür F.p vardır. Birinci tür fizikte bu tür termodinamik parametreler aniden değişir. yoğunluk, bileşenlerin konsantrasyonu gibi maddenin özellikleri; birim kütle başına çok belirli miktarda ısı açığa çıkar veya emilir. geçiş ısısı. İkinci türden F.'de belli bir fiziksellik var. geçiş noktasının bir tarafında sıfıra eşit olan bir değer, geçiş noktasından diğer tarafa mesafe arttıkça kademeli olarak (sıfırdan) artar. Bu durumda yoğunluk ve konsantrasyonlar sürekli değişir, ısı açığa çıkmaz veya absorbe edilmez.

F. p. doğada yaygın bir olgudur. Birinci türden fizik şunları içerir: buharlaşma ve yoğunlaşma, erime ve katılaşma, süblimleşme ve katı faza doğru yoğunlaşma, örneğin katılardaki belirli yapısal geçişler. eğitim martenzit demir-karbon alaşımında. İÇİNDE antiferromıknatıslar manyetik alt kafeslerin bir mıknatıslanma ekseni ile, eksen boyunca yönlendirilen bir dış manyetik alanda tip I faz kayması meydana gelir. Belirli bir alan değerinde, manyetik alt kafeslerin momentleri alanın yönüne dik olarak döner (alt kafeslerin “devrilmesi” meydana gelir). Saf süperiletkenlerde manyetik alan, süperiletken durumdan normal duruma birinci türden bir faz değişimine neden olur. .

Şu tarihte: tamamen sıfır Sıcaklık ve sabit hacimde, enerji değeri en düşük olan faz termodinamik olarak dengededir. Bu durumda birinci türden fizik, iki farklı fazın enerjilerinin karşılaştırıldığı basınç ve dış alan değerlerinde meydana gelir. Vücudun hacmini düzeltmezseniz V, ve basınç R, daha sonra termodinamik durumda. denge, minimum Gibbs enerjisi Ф (veya G)'dir ve faz dengesindeki geçiş noktasında aynı Ф değerlerine sahip fazlar vardır. .

Düşük basınçtaki birçok madde gevşek bir şekilde paketlenmiş yapılar halinde kristalleşir. Örneğin, kristal hidrojen birbirinden nispeten büyük mesafelerde bulunan moleküllerden oluşur; yapı grafit geniş aralıklı karbon atomu katmanlarından oluşan bir seridir. Yeterince yüksek basınçlarda, bu tür gevşek yapılar Gibbs enerjisinin büyük değerlerine karşılık gelir. Bu koşullar altında, dengedeki sıkı paket fazlar, daha küçük F değerlerine karşılık gelir. Bu nedenle yüksek basınçlarda grafit dönüşür elmas, ve moleküler kristalin. hidrojen atomik (metalik) hale gelmelidir. Kuantum sıvıları 3 He ve 4 He, normal basınçta elde edilen en düşük sıcaklıklara (T ~ 0,001 K) kadar sıvı kalır. Bunun nedeni parçacıkların zayıf etkileşimi ve mutlak hıza yakın tempo-pakstaki salınımlarının büyük genliğidir. sıfır (sözde sıfır salınımlar ). Ancak basınçta bir artış (20'ye kadar) ATM T = 0 K'da) sıvı helyumun katılaşmasına yol açar. Sıfır olmayan bir sıcaklık-pax'ta ve belirli bir basınç ve sıcaklıkta, minimum Gibbs enerjisine sahip faz hala dengededir (basınç kuvvetlerinin işinin ve sisteme verilen ısı miktarının çıkarıldığı minimum enerji).

Birinci tür fizik, birinci tür Fizik eğrisinin yakınında yarı kararlı bir denge bölgesinin varlığıyla karakterize edilir (örneğin, bir sıvı, kaynama noktasının üzerindeki bir sıcaklığa ısıtılabilir veya donma noktasının altına aşırı soğutulabilir). Yarı kararlı durumlar F değeri daha düşük olan (termodinamik olarak daha uygun) yeni bir fazın oluşumunun bu fazın çekirdeklerinin ortaya çıkmasıyla başlaması nedeniyle oldukça uzun bir süredir mevcuttur. Bir çekirdeğin oluşumu sırasında F değerindeki kazanç hacmiyle orantılıdır ve kayıp yüzey alanıyla orantılıdır (değer yüzey enerjisi). Ortaya çıkan küçük embriyolar artar F, ve bu nedenle büyük bir olasılıkla azalacaklar ve yok olacaklar. Ancak belirli bir kritik büyüklüğe ulaşan çekirdekler büyür ve maddenin tamamı yeni bir aşamaya geçer. Embriyonun oluşumu kritiktir. boyut pek olası olmayan bir süreçtir ve oldukça nadir gerçekleşir. Çekirdeklenme olasılığı kritiktir. Madde yabancı makroskobik kalıntılar içeriyorsa boyut artar. boyutlar (örneğin, bir sıvıdaki toz parçacıkları). yakından kritik nokta denge aşamaları arasındaki fark ile yüzey enerjisi azalır, büyük boyutlarda çekirdekler ve tuhaf şekiller kolaylıkla oluşur, bu da maddenin özelliklerini etkiler .

Faz II türlerinin örnekleri, paramanyetik-ferromanyetik geçiş sırasında bir mıknatıstaki manyetik momentin görünümü (her durumda belirlenen bir sıcaklığın altında), paramanyetik-ferromanyetik geçiş sırasında antiferromanyetik düzendir. antiferromıknatıs, metallerde ve alaşımlarda süperiletkenliğin ortaya çıkışı, 4 He ve 3 He'de süper akışkanlığın ortaya çıkması, alaşımların düzenlenmesi, paraelektrik geçiş sırasında maddenin kendiliğinden polarizasyonunun ortaya çıkması ferroelektrik vesaire.

L.D. Landau(1937) ikinci türden tüm fazların simetri değişikliği noktaları olarak genel bir yorumunu önerdi: geçiş noktasının üstünde sistem, geçiş noktasının altına göre daha yüksek simetriye sahiptir. Örneğin, bir mıknatısta, geçiş noktasının üzerinde, temel manyetik momentlerin yönü (döner) Parçacıklar kaotik bir şekilde dağılmıştır. Bu nedenle tüm spinlerin aynı anda dönmesi fiziği değiştirmez. sistemin özellikleri. Geçiş noktasının altında, arka kısımlar tercih edilen bir yönelime sahiptir. Eş zamanlı dönüşleri sistemin manyetik momentinin yönünü değiştirir. Başka bir örnek: iki bileşenli bir alaşımda, atomları A ve B basit bir kübik yapının düğüm noktalarında bulunur kristal kafes, düzensiz bir durum, A ve B atomlarının kafes bölgeleri üzerinde kaotik bir dağılımı ile karakterize edilir, böylece bir kafes kayması, özelliklerini değiştirmez. Geçiş noktasının altında alaşımın atomları şu sırayla düzenlenir: ...ABAV... Böyle bir kafesin bir periyot kadar kayması, tüm A atomlarının B ile değiştirilmesine veya bunun tersinin yapılmasına yol açar. Atomların dizilişinde düzenin oluşması sonucunda kafesin simetrisi azalır.

Simetrinin kendisi aniden ortaya çıkar ve kaybolur. Ancak asimetriyi karakterize eden miktar (sipariş parametresi) sürekli olarak değişebilir. İkinci türden fazlar için sıra parametresi geçiş noktasının üstünde ve geçiş noktasının kendisinde sıfıra eşittir. Örneğin bir ferromıknatısın manyetik momenti de benzer şekilde davranır. ferroelektrik polarizasyon, sıvıdaki süperakışkan bileşenin yoğunluğu 4 He, bir atomu tespit etme olasılığı A karşılık gelen kristalin düğümde. iki bileşenli alaşım ızgaraları vb.

İkinci türden fizik, yoğunluk, konsantrasyon ve geçiş ısısında sıçramaların olmamasıyla karakterize edilir. Ancak kritikte tam olarak aynı resim gözleniyor. birinci türden bir faz fonksiyonunun eğrisi üzerindeki nokta . Benzerliğin çok derin olduğu ortaya çıktı. Kritik seviyeye yakın Bu noktada maddenin durumu, düzen parametresi rolü oynayan bir miktarla karakterize edilebilir. Örneğin kritik durumlarda Sıvı-buhar denge eğrisi üzerindeki noktalar, yoğunluğun ortalama değerden sapmasıdır. Kritik sürüş sırasında izokor yüksek sıcaklık tarafında gaz homojendir ve bu değer sıfırdır. Altında Kritik sıcaklık madde, her birinde yoğunluğun kritik olandan sapması sıfıra eşit olmayan iki faza ayrılır. İkinci türden fazlar, faz noktası yakınında birbirinden çok az farklı olduğundan, bir fazın büyük çekirdeklerinin diğerinde oluşması mümkündür. (dalgalanmalar), neredeyse kritik olanla tamamen aynı. puan. Bununla ilgili birçok eleştiri var. ikinci türden faz II sırasındaki olaylar: ferromıknatısların manyetik duyarlılığında ve ferroelektriklerin dielektrik sabitinde sonsuz bir artış (bir analog, sıvı-buhar kritik noktasına yakın sıkıştırılabilirlikteki artıştır), ısı kapasitesinde sonsuz bir artış, anormal saçılma elektromanyetik dalgaların [sıvı ve buhardaki ışık , Katılarda X ışınları], ferromıknatıslarda nötronlar. Dinamik olaylar da önemli ölçüde değişir; bu, ortaya çıkan dalgalanmaların çok yavaş emilmesiyle ilişkilidir. Örneğin kritik noktaya yakın sıvı-buhar noktası Rayleigh çizgisini daraltır ışık saçılması, kapalı Curie noktaları ferromıknatıslar ve Neel noktaları antiferromıknatısların spin difüzyonu yavaşlar vb. Çar. dalgalanma boyutu (korelasyon yarıçapı) R ikinci türden II. Evre noktasına yaklaştıkça artar ve bu noktada sonsuz büyüklükte olur.

İkinci türden fiziksel fenomenler ve kritik fenomenler teorisinin modern başarıları benzerlik hipotezine dayanmaktadır. Eğer kabul edersek öyle varsayılır R uzunluk ölçü birimi başına ve ortalama. kenarı olan bir hücrenin sipariş parametresinin değeri R- sipariş parametresinin ölçüm birimi başına, dalgalanma modelinin tamamı ne geçiş noktasına yakınlığa ne de spesifik maddeye bağlı olmayacaktır. Her şey termodinamiktir. büyüklükler güç fonksiyonlarıdır R.Üslere kritik boyutlar (indeksler) denir. Belirli bir maddeye bağlı değildirler ve yalnızca sipariş parametresinin niteliğine göre belirlenirler. Örneğin, sıra parametresi mıknatıslanma vektörü olan izotropik bir malzemenin Curie noktasındaki boyutları, kritik noktadaki boyutlardan farklıdır. nokta sıvı - buhar veya tek eksenli bir mıknatısın Curie noktasında, burada sipariş parametresi skaler bir miktardır.

Geçiş noktasının yakınında Devlet denklemi bir yasanın karakteristik görünümüne sahiptir karşılık gelen durumlar.Örneğin kritik noktaya yakın nokta sıvı-buhar oranı (p - p k) / (p l - p g) yalnızca (p - p k) / (p l - r g)'ye bağlıdır* KT(burada p - yoğunluk, p k - kritik yoğunluk, p l - sıvı yoğunluğu, p g - gaz yoğunluğu, R - basınç, p k - kritik basınç, KT- izotermal sıkıştırılabilme),Üstelik uygun ölçek seçimi ile bağımlılık türü tüm sıvılar için aynıdır. .

Teorik bilimde büyük ilerlemeler kaydedildi. kritik hesaplama boyutlar ve durum denklemleri deneysel verilerle iyi bir uyum içindedir.

İkinci tür fizik teorisinin daha da geliştirilmesi, kuantum alan teorisi yöntemlerinin, özellikle de renormalizasyon grubu yönteminin kullanılmasıyla ilişkilidir. Bu yöntem, prensip olarak, kritik endekslerin gerekli doğrulukta bulunmasına olanak tanır.

Fiziğin iki türe ayrılması biraz keyfidir, çünkü ısı kapasitesinde ve diğer miktarlarda küçük sıçramalar ve oldukça gelişmiş dalgalanmalara sahip küçük geçiş ısıları olan birinci türden fizik vardır. Fiziksel bir fenomen, yalnızca sınırda keyfi olarak çok sayıda parçacık içeren bir sistemde kesin olarak tanımlanmış sıcaklık değerlerinde ve diğer miktarlarda meydana gelen kolektif bir olgudur.

Kaynak: Landau L.D., Lifshits E.M., Statistical Physics, 2. baskı, M., 1964 (Teorik Fizik, cilt 5); Landau L.D., Akhiezer A.I., Lifshits E.M., Genel fizik dersi. Mekanik ve moleküler fizik, 2. baskı, M., 1969; Brayt R., Faz geçişleri, çev. İngilizce'den, M., 1967;Fisher M., Kritik Durumun Doğası, çev. İngilizce'den, M., 1968; Stanley G., Faz geçişleri ve kritik olaylar, çev. İngilizce'den, M., 1973; Anisimov M.A., Sıvılardaki kritik olayların çalışmaları, "Fiziksel Bilimlerdeki Gelişmeler", 1974, v. 114, v. 2; Patashinsky A.Z., Pokrovsky V.L., Faz geçişlerinin dalgalanma teorisi, M., 1975; Kuantum alan teorisi ve faz geçişlerinin fiziği, çev. English, M., 1975'ten (News of temel fizik, sayı 6); Wilson K., Kogut J., Renormalizasyon grubu ve s-genişlemesi, çev. İngilizceden, M., 1975 (News of temel fizik, v. 5).

İÇİNDE. L. Pokrovsky.

TSB malzemelerine dayanmaktadır.

Belousova Yulia, Koban Anastasia

Eser maddenin faz geçişlerini anlatıyor. Faz dengesi. Erime, kristalleşme, buharlaşma, yoğunlaşma.

İndirmek:

Ön izleme:

Sunum önizlemelerini kullanmak için bir Google hesabı oluşturun ve bu hesaba giriş yapın: https://accounts.google.com

Slayt başlıkları:

Fizikte araştırma çalışmaları: Maddenin faz geçişleri

Plan: Nesne alanı ve işin amacı Çalışmanın uygunluğu Çalışmanın amacı ve hedefleri Faz geçişleri hakkında ilk bilgilere aşinalık Faz geçişlerinin türleri Faz dengesi Faz geçişlerindeki süreçler Sonuç

Nesne Alanı Fiziği, bizi çevreleyen süreçleri tüm incelikleriyle düşünmemize ve anlamamıza olanak tanıyan evrenin bilimidir. “Yaşayabileceğimiz en güzel şey, anlaşılmaz olandır. Gerçek sanatın ve bilimin kaynağı olarak hizmet ediyor." Albert Einstein.

Çalışmanın amacı Bu alandaki çalışmanın amacı için, bir maddenin faz geçiş sürecini ele alacağız.

Konunun alaka düzeyi Bu konu ilginç ve konuyla ilgilidir çünkü son yıllarda faz geçişlerinin bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanıldığı iyi bilinmektedir. Faz geçişleri, fiziksel etkilerin en pratik uygulamaları olarak sınıflandırılabilir.Bu, faz geçişlerinin şu şekilde açıklanmasıyla açıklanmaktadır: Genellikle patentlerde ve pratik çözümlerde kullanılır.

Çalışmanın amacı: Çeşitli faz dengeleri ve maddenin bir fazdan diğerine geçiş süreçlerinin fiziksel özellikleri hakkında modern bilimin temel kavramları hakkında bilgi sahibi olmak.

Hedefler: Faz geçişi kavramının ele alınması; Faz geçişi türlerinin ve temel özelliklerinin belirlenmesi; Faz dengesinin dikkate alınması; Çeşitli faz geçiş süreçlerinin oluşturulması

Faz Geçişi Kavramı Faz geçişi, geniş anlamda faz dönüşümü, dış koşullar değiştiğinde (sıcaklık, basınç, manyetik ve elektrik alanlar vb.) bir maddenin bir fazdan diğerine geçişidir. Dar anlamda, dış parametrelerde sürekli bir değişiklikle birlikte fiziksel özelliklerde ani bir değişikliktir.

Faz geçişlerinin türleri Faz geçişleri tip I ve II'ye ayrılır Bir maddenin toplam durumlarındaki değişiklikler, aşağıdaki durumlarda birinci dereceden faz geçişleri olarak adlandırılır: 1) Geçişin tamamı boyunca sıcaklık sabittir. 2) Sistemin hacmi değişir. 3) Sistemin entropisi değişir. İkinci dereceden faz geçişleri, termodinamik potansiyellerin basınç ve sıcaklığa göre birinci türevlerinin sürekli değiştiği, ikinci türevlerinin ise bir sıçrama yaşadığı faz geçişleridir. Buradan özellikle, ikinci dereceden faz geçişi sırasında bir maddenin enerjisi ve hacminin değişmediği ancak ısı kapasitesinin, sıkıştırılabilirliğinin, çeşitli hassasiyetlerinin vs. değiştiği sonucu çıkar.

Sıvı ve gaz fazlarının birinci ve ikinci derece sınırlarını gösteren faz faz diyagramı geçişleri

Faz dengesi Faz dengesinin koşulu termodinamik teoremlerinden elde edilebilir. Sistem dengede olduğunda tüm fazların sıcaklıkları ve basınçları aynıdır. Sabit tutulursa sistemin termodinamik potansiyeli yalnızca azalabilir. Dengede minimum değer alır. Birinci fazın kütlesi m 1, ikinci fazın kütlesi m 2 olsun.  1 ve  2, maddenin bu fazlardaki spesifik termodinamik potansiyelleridir. Tüm sistemin termodinamik potansiyeli Ф = m 1  1 + m 2  2 olarak temsil edilir.  1   2 ise, faz 1'in faz 2'ye herhangi bir dönüşümüne Ф'da bir azalma eşlik eder. Bu dönüşüm meydana gelecektir. Faz 1'in tamamı daha kararlı bir faz 2'ye geçene kadar. Daha sonra sistem tek fazlı hale gelecek ve termodinamik potansiyeli minimum m  2 değerine ulaşacaktır. Aksine, eğer  1   2 ise, faz 2 sonunda faz 1'e dönüşecektir. Yalnızca  1 (P, T) =  2 (P, T) koşulu altında (1) Fazlar şu şekilde dengede olacaktır: birbirine göre. Dolayısıyla faz dengesinin koşulu, spesifik termodinamik potansiyellerinin eşitliğidir.

Karbondioksit fazı denge diyagramı:

Koşul (1)'in anlamı, herhangi bir faz dönüşümü sırasında spesifik termodinamik potansiyelin değerinin değişmeden kalmasıdır. Böylece, bir maddenin durumundaki tüm değişikliklerle birlikte, onun spesifik termodinamik potansiyeli de daima sürekli olarak değişir.

Faz geçişlerindeki süreçler Şunları göz önünde bulundurun: Buharlaşma ve yoğunlaşma Erime ve kristalleşme Sıvının kaynaması ve aşırı ısınması

Buharlaşma ve yoğunlaşma Bir sıvının gaz durumuna geçişine buharlaşma, katı bir maddenin gaz durumuna geçişine süblimleşme denir. Bir maddenin birim kütlesinin, maddenin buharlaşmadan önceki sıcaklığı ile aynı sıcaklıkta buhar haline dönüşmesi için verilmesi gereken ısıya buharlaşma özgül ısısı denir. Yoğuşma sırasında buharlaşma sırasında kaybedilen ısı geri verilir: Yoğuşma sırasında oluşan sıvı ısınır. Sıvısıyla dengede olan buhara doymuş denir. Dengenin oluştuğu basınca doymuş buhar basıncı denir.

Bazı sıvıların buharlaşması Diyagramdaki bazı sıvı türlerinin buharlaşması

Erime ve kristalleşme Kristal bir cismin sıvı duruma geçişi, her maddeye özgü bir sıcaklıkta gerçekleşir ve füzyon ısısı adı verilen belirli bir miktarda ısının harcanmasını gerektirir. Erime sıcaklığı basınca bağlıdır. Böylece kristal durumdan sıvı duruma geçiş, basınç ve sıcaklık değerleriyle karakterize edilen çok özel koşullar altında gerçekleşir. Bu değerlerin kümesi, genellikle erime eğrisi olarak adlandırılan (p, T) diyagramındaki eğriye karşılık gelir.

Erimenin tersi olan kristalizasyon süreci aşağıdaki şekilde ilerler. Bir sıvı, belirli bir basınçta katı ve sıvı fazların dengede olabildiği bir sıcaklığa (yani erimenin meydana geldiği aynı sıcaklığa) soğutulduğunda, kristallerin eş zamanlı büyümesi, çekirdeklerin veya kristalleşmenin etrafında başlar. merkezler. Giderek daha fazla büyüyen bireysel kristaller sonunda birbirine kapanarak çok kristalli bir katı oluşturur. Kristalizasyon işlemine, erime sırasında emilen aynı miktarda ısının salınması eşlik eder.

Erime

Diyagram: Erime-Kristalleşme

Bir sıvının kaynaması ve aşırı ısınması Bir kaptaki sıvı, sıvının serbest yüzeyinden sabit dış basınçta ısıtılırsa. Bu buhar oluşumu sürecine buharlaşma denir. Kaynama noktası adı verilen belirli bir sıcaklığa ulaşıldığında, buhar oluşumu sadece serbest yüzeyden oluşmaya başlar, buhar kabarcıkları büyüyüp yüzeye çıkarak sıvının kendisini de beraberinde taşır. Buharlaşma süreci şiddetli hale gelir. Bu olaya kaynama denir. Aşırı ısıtılmış su, örneğin pürüzsüz duvarlı bir kuvars şişede elde edilebilir. Şişeyi önce sülfürik, nitrik veya başka bir asitle, ardından da damıtılmış suyla iyice durulayın. Yıkanmış şişeye damıtılmış su dökülür ve içinde çözünen hava, uzun süre kaynatılarak uzaklaştırılır. Bundan sonra, şişedeki su bir gaz yakıcı üzerinde kaynama noktasından önemli ölçüde daha yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılabilir, ancak yine de kaynamaz, yalnızca serbest yüzeyden yoğun bir şekilde buharlaşır. Sadece ara sıra şişenin dibinde hızla büyüyen, alttan ayrılarak sıvının yüzeyine yükselen bir buhar kabarcığı oluşur ve yükseldikçe boyutu büyük ölçüde artar. Daha sonra su uzun süre sakin kalır. Böyle bir suya, örneğin bir tutam çay atılarak gaz halindeki bir mikrop verilirse, şiddetli bir şekilde kaynayacak ve sıcaklığı hızla kaynama noktasına düşecektir. Bu etkili deneyim patlayıcıdır.

Çekirdek kaynamasında suyun kaynama sıcaklığı

Sonuç Bu çalışma, bir maddenin bir hali diğerine geçtiğinde meydana gelen süreçler, her bir fazın ve durumun hangi özelliklere sahip olduğu hakkında daha fazla bilgi edinmeyi mümkün kıldı. Etrafımızdaki süreçleri görerek, yalnızca temel teoriyi bilerek bunun nasıl olduğunu kolaylıkla söyleyebiliriz. Bu nedenle fizik, gelecekte bize yardımcı olacak doğa bilimi yasalarının çoğunu bilmemize yardımcı olur.

Konsept faz termodinamikte toplanma durumlarından daha geniş anlamda ele alınırlar. Buna göre faz Termodinamikte, fiziksel özellikleri açısından aynı maddenin diğer olası denge durumlarından farklı olan bir maddenin termodinamik olarak denge durumunu anlarız.. Bazen bir maddenin dengesiz, yarı kararlı durumuna da faz denir, ancak yarı kararlıdır. Bir maddenin fazları, yapısal parçacıkların hareketinin doğası ve düzenli bir yapının varlığı veya yokluğu açısından farklılık gösterebilir. Farklı kristalin fazlar, kristal yapı türü, elektriksel iletkenlik, elektriksel ve manyetik özellikler vb. açısından birbirinden farklı olabilir. Sıvı fazlar, bileşenlerin konsantrasyonu, süperiletkenliğin varlığı veya yokluğu vb. açısından birbirinden farklılık gösterir.

Bir maddenin bir fazdan diğer faza geçişine denir faz geçişi . Faz geçişleri buharlaşma ve erime, yoğunlaşma ve kristalleşme vb. olaylarını içerir. İki fazlı bir sistemde fazlar aynı sıcaklıkta dengededir. Hacim arttıkça sıvının bir kısmı buhara dönüşür ancak sıcaklığın sabit kalabilmesi için dışarıdan belli bir miktar ısının aktarılması gerekir. Bu nedenle sıvı fazdan gazlı sisteme geçişi sağlamak için sistemin sıcaklığını değiştirmeden ısıyı aktarmak gerekir. Bu ısı maddenin faz durumunu değiştirir ve denir. Faz dönüşüm ısısı veya gizli geçiş ısısı . Sıcaklık arttıkça, maddenin sabit kütlesinin gizli geçiş ısısı azalır ve kritik sıcaklıkta sıfıra eşittir. Faz geçişini karakterize etmek için faz geçişinin özgül ısısı kullanılır. Faz geçişinin özgül ısısı Bir maddenin birim kütlesi başına gizli ısı miktarıdır.

Gizli geçiş ısısının emilmesi veya serbest bırakılmasıyla gerçekleşen faz geçişlerine denir. birinci dereceden faz geçişleri . Bu durumda iç enerji ve yoğunluk aniden değişir. Daha düzenli bir durumdan daha az düzenli bir duruma geçerken entropi artar. Tablo birinci dereceden faz geçişlerini ve bunların ana özelliklerini göstermektedir.

Masa. Birinci radyanın faz geçişleri ve ana özellikleri .

İLE İki fazlı bir sistemin dengede olduğu basınç ile birinci dereceden faz geçişleri sırasındaki sıcaklık arasında bir bağlantı vardır. Bu bağlantı anlatılıyor . Bu denklemin kapalı sistemler için türetilmesini düşünelim. Sistemdeki parçacık sayısı sabitse, termodinamiğin birinci yasasına göre iç enerjideki değişiklik şu ifadeyle belirlenir: . Fazlar arasında denge T 1 = T 2 ve P 1 = P 2 olması koşuluyla oluşacaktır. İzotermleri T ve dT sıcaklıklarında iki fazlı bir sistemin durumuna karşılık gelen sonsuz küçük bir tersinir Carnot döngüsünü (Şekil 6.8) ele alalım. Durum parametreleri sonsuz derecede az değiştiğinden, Şekil 6.8'deki izotermler ve adiabatlar düz çizgiler olarak gösterilmiştir. Böyle bir döngüdeki basınç dP miktarı kadar değişir. Sistemin döngü başına çalışması aşağıdaki formülle belirlenir:
. Döngünün madde kütlesi bire eşit olan bir sistem için uygulandığını varsayalım. Böyle bir temel Carnot döngüsünün verimliliği aşağıdaki formüllerle belirlenebilir:
veya
, Nerede L P– özgül buharlaşma ısısı. Bu eşitliklerin sağ taraflarını eşitleyerek ve basınç ve hacim yoluyla yapılan iş ifadesini yerine koyarsak şunu elde ederiz:
. Basınçtaki değişimi sıcaklıktaki değişimle ilişkilendirelim ve şunu elde edelim:

(6.23)

Denklem (6.23) denir Clapeyron-Clausius denklemi . Bu denklemi analiz ettiğimizde sıcaklık arttıkça basıncın da arttığı sonucuna varabiliriz. Bu şu gerçeğinden kaynaklanmaktadır:
, ve bu nedenle
.

Clapeyron-Clausius denklemi yalnızca sıvı-buhar geçişine uygulanamaz. Tüm birinci dereceden geçişler için geçerlidir. Genel olarak şu şekilde yazılabilir:

(6.24)

Clapeyron-Clausius denklemini kullanarak sistemin durum diyagramını P, T koordinatlarında sunabiliriz (Şekil 6.9). Bu diyagramda eğri 1 süblimleşme eğrisidir. İki fazın denge durumuna karşılık gelir: katı ve buhar. Bu eğrinin solunda yer alan noktalar tek fazlı katı durumu karakterize eder. Sağdaki noktalar buhar durumunu karakterize eder. Eğri 2 – erime eğrisi. İki fazın denge durumuna karşılık gelir: katı ve sıvı. Bu eğrinin solunda yer alan noktalar tek fazlı katı durumu karakterize eder. Sağında eğri 3'e kadar uzanan noktalar sıvı durumunu karakterize eder. Eğri 3 – buharlaşma eğrisi. İki fazın denge durumuna karşılık gelir: sıvı ve buhar. Bu eğrinin solunda yer alan noktalar tek fazlı sıvı durumunu karakterize eder. Sağdaki noktalar buhar durumunu karakterize eder. Eğri 3, eğri 1 ve 2'den farklı olarak her iki tarafta da sınırlıdır. Bir tarafta üçlü nokta TRÖte yandan kritik nokta K (Şekil 6.9). Üçlü nokta aynı anda üç fazın denge durumunu tanımlar: katı, sıvı ve buhar.