Orphus

Билет 47 2008 Термодинамика 2 семестр

Фазовые превращения первого и второго рода. Теплота фазового перехода. Диаграмма состояния двухфазной системы «жидкость–пар»

Каждое фазовое преврещение сопровождается скачкообразными изменениями каких-то величин, характеризующих свойства вещества. Удельный термодинамический потенциал фи(Т, Р) остаётся непрерывным при любых превращениях. Однако его производные могут испытать разрыв непрерывности.

Фазовые превращения, при которых первые производные функции фи(Т, Р) меняются скачкообразно называются фазовыми превращениями первого рода.

Фазовые превращения, при которых первые производные этой функции остаются непрерывными, но меняются скачкообразно вторые производные, называются фазовыми превращениями второго рода.

Фазовые превращения первого рода.

s = -(дельта фи/дельта Т)_p, v = (дельта фи/дельта Р)_Т

Такие превращения характеризуются либо скачкообразным изменением энтропии, либо объёма, либо обоих величин. Изменение энтропии означает выделение или поглощение тепла.

Удельная теплота фазового перехода q - количество теплоты, которое надо сообщить единице массы вещества, чтобы квазистатически перевести её из состояния 1 в состояние 2.

q = T(s2 - s1)

Плавление, испарение, возконка, кристализация и т.п. относятся к фазовым превращениям первого рода.

Фазовые превращения второго рода.

(дельта^2 фи/ дельта Т^2) = - (дельта s/дельта Т)_Р = -С_р/Т

(дельта^2 фи/ дельта Т дельта Р) = (дельта v/дельта Т)_Р (дельта^2 фи/ дельта Р^2) = (дельта v/дельта P)_T

Из этих формул видно, что фазовые превращения второго рода сопровождаются скачкообразным изменением одного или нескольких параметров:

1)С_р 2)температурного коэффициента объёмного расширения альфа = 1/v0 (дельта v/дельта Т)_Р 3) изотермического коэффициента сжатия объёмного вещества гамма = -1/v (дельта v/дельта Р)_Т

К фазовым превращениям второго рода относятся, например, превращение железа, никеля или какого-то другого сплава из ферромакнитного состояния в парамагнитное. Оно происходит при нагревании материала при определённой температуре, называемой точкой Кюри.

Переход в сверхпроводящее состояние - тоже превращение второго рода.

Диаграмма состояния жидкость-пар

Рассмотрим график Р(Т). На этом графике есть кривая АВ (А находится не совсем в начале координат, В - критическая точка. Наклон из левого нижнего угла в правый верхний.) Эта кривая соответствует фазовому переходу. Ниже этой кривой газ, выше - жидкость. После критической точки фазы меняются не скачкообразно, а сохраняется равномерность вещества. На этой линии удельные термодинамические потенциалы жидкости и пара одиниковы, поэтому сохраняется равновесие.