Conceptul de fază

Titlul lucrării: Conceptul de fază. Tranziții de fază de genul 1 și 2. Diagrame de fază. Triple punct

Specializarea: Fizica

Descriere: Conceptul de fază. Într-un sistem cu o singură componentă, diferite faze pot fi reprezentate de diferite stări agregate sau modificări polimorfe diferite ale materiei. Într-un sistem multicomponent, fazele pot avea compoziții și structuri diferite. Concepte de bază Gazul este întotdeauna compus dintr-o singură fază: un lichid poate consta din mai multe faze lichide de compoziție diferită, nemiscibilitatea lichidelor lichide, dar două lichide diferite de aceeași compoziție nu pot coexista în echilibru.







Mărime fișier: 57 KB

Lucrarea a fost descărcată: 139 de persoane.

57. Conceptul fazei. Tranziții de fază de genul 1 și 2. Diagrame de fază. Triple punct.

Faza termodinamică # 151; termodinamic omogen în compoziția și proprietățile unei părți a sistemului termodinamic, separat de alte faze prin interfețe, pe care unele proprietăți ale sistemului se schimbă abrupt. O altă definiție: Faza # 151; O parte omogenă a sistemului eterogen. Într-un sistem cu o singură componentă, diferite faze pot fi reprezentate de diferite stări agregate sau de modificări polimorfe diferite ale materiei. Într-un sistem multicomponent, fazele pot avea compoziții și structuri diferite.

Gazul constă întotdeauna dintr-o fază, lichidul poate consta din mai multe faze lichide de compoziție diferită (lichidare, nemiscibilitate lichidă), dar două lichide diferite de aceeași compoziție nu pot coexista în echilibru. Starea solidă poate consta din mai multe faze, dintre care unele pot avea aceeași compoziție, dar structură diferită (modificări polimorfe, alotropie).

Fazele diferite au diferite opțiuni de ambalare moleculară (pentru faze cristaline, diferite laturi de cristal) și, prin urmare, cu valorile caracteristice ale coeficientului de compresibilitate, coeficientul de dilatare termică și alte caracteristici. În plus, diferitele faze pot avea diferite caracteristici electrice (feroelectrice), magnetice (ferromagneți) și proprietăți optice (de exemplu, oxigen solid).

Fazele termodinamice din diagrama de faze

Tipuri tipice de diagrame de fază. O linie verde de puncte prezintă un comportament anormal al apei

În diagrama de fază a materiei, diferitele faze termodinamice ocupă anumite regiuni. Liniile care separă diferitele faze termodinamice sunt numite linii de tranziție de fază. Dacă substanța este în condiții care corespund unui punct din orice regiune, atunci este complet în această fază termodinamică. Dacă starea materiei corespunde unui punct pe una din liniile tranzițiilor de fază, atunci substanța în echilibru termodinamic poate fi parțial una și parțial în altă fază. Proporția celor două faze este determinată, de regulă, de energia totală stocată de sistem.

Cu o schimbare lentă (adiabatică) a presiunii sau a temperaturii, materia este descrisă de un punct de deplasare în diagrama de fază. Dacă acest punct în mișcarea sa traversează una din liniile care separă fazele termodinamice, are loc o tranziție de fază, la care proprietățile fizice ale substanței se schimbă discontinuu.

Nu toate fazele sunt complet separate unul de altul printr-o linie de tranziție de fază. În unele cazuri, această linie se poate rupe, terminând într-un punct critic. În acest caz, este posibilă o tranziție graduală, dar nu o tranziție bruscă de la o fază la alta, ocolind linia tranzițiilor de fază.

Punctul pe diagrama de fază, în care trei linii de tranziții de fază se converg, se numește un punct triplu. De obicei, sub punctul triplu al materiei, un caz special se înțelege atunci când liniile de topire, fierbere și sublimare converg, totuși, pe diagrame de fază suficient de bogate, pot exista mai multe puncte triple. O substanță la un punct triplu într-o stare de echilibru termodinamic poate fi parțial localizată în toate cele trei faze. În cazul diagramelor multidimensionale (adică dacă există alte valori intensive în afară de temperatură și presiune), pot exista patru puncte etc.







Fazele termodinamice și stările agregate ale materiei

Setul de faze termodinamice ale unei substanțe este de obicei mult mai bogat decât un set de stări agregate, adică aceeași stare agregată a materiei poate fi în diferite faze termodinamice. De aceea, descrierea substanței în termeni de stări agregate este destul de grosieră și nu poate distinge unele situații fizice diferite.

Un set bogat de faze termodinamice este asociat, de regulă, cu variante de ordine diferite care sunt permise într-o stare agregată sau altul.

Într-o stare gazoasă, substanța nu are nicio comandă. Prin urmare, într-o stare gazoasă, orice substanță are o singură fază termodinamică. (Tranzițiile de fază, cum ar fi disocierea moleculelor sau ionizarea sunt, prin definiție, tranziții ale unei substanțe în alta).

Lichidul are o ordine orientativă. dar, de regulă, nu are o ordine de translație. Ca rezultat, același lichid poate avea diferite faze termodinamice, dar numărul lor rar depășește unitatea. De exemplu, existența unei noi faze lichide se găsește în apa supracooleată. Alt exemplu specific: o stare superfluidă în heliu lichid.

Solidul cristalin are atât translație. și ordinea orientării. Ca rezultat, chiar și un număr mare de variante posibile de orientare a moleculelor învecinate unul față de celălalt apar, ceea ce se poate dovedi a fi favorabil din punct de vedere energetic la diferite presiuni și temperaturi. Ca rezultat, corpurile solide au, de regulă, o diagramă de fază destul de complexă.

Clasificarea tranzițiilor de fază

Cu o tranziție de fază de prim ordin, cei mai importanți parametri principali extensivi se modifică abrupt: volumul specific (adică densitatea), cantitatea de energie internă stocată. concentrarea componentelor etc. Subliniem: înseamnă schimbarea bruscă a acestor cantități când temperatura, presiunea etc. se schimbă și nu o schimbare discontinuă în timp (pentru acesta din urmă, vezi secțiunea privind dinamica tranzițiilor de fază).

Cele mai frecvente exemple de tranziții de fază de ordinul întâi sunt:

topirea și solidificarea, fierberea și condensarea. sublimare și desublimare

Cu o tranziție de fază de ordinul doi, densitatea și energia internă nu se schimbă, astfel încât o astfel de tranziție de fază să poată fi invizibilă cu ochiul liber. Un salt este experimentat de al doilea derivat în ceea ce privește temperatura și presiunea: capacitatea de căldură, coeficientul de dilatare termică, diferite susceptibilități etc.

Tranzițiile de fază ale celui de-al doilea tip apar în acele cazuri în care simetria structurii materialului se schimbă (simetria poate dispărea complet sau scădea). Descrierea tranziției de fază de ordinul doi ca o consecință a modificării simetriei este dată de teoria lui Landau. În prezent, este obișnuit să nu vorbim despre o schimbare a simetriei, ci despre apariția unui parametru de ordine în punctul de tranziție. egală cu zero într-o fază mai puțin ordonată și variind de la zero (la punctul de tranziție) la valori non-zero într-o fază mai ordonată.

Cele mai frecvente exemple de tranziții de fază ale celui de-al doilea tip sunt:

trecând printr-un punct critic

tranziția paramagnet-feromagnet sau paramagnet-antiferromagnetul (parametrul de comandă # 151; magnetizare)

trecerea metalelor și a aliajelor într-o stare de superconductivitate (parametrul de comandă # 151; densitatea condensului supraconductor)

trecerea heliului lichid în starea superfluidă (Sec. # 151; densitatea componentei superfluide)

trecerea materialelor amorfe în starea vitroasă

Fizica moderna investigheaza, de asemenea, sisteme care au tranzitii de faza de gradul trei sau mai mare.

Recent, noțiunea de tranziție în faze cuantice a devenit larg răspândită. și anume tranziție de fază controlată de fluctuațiile termice non-clasice. dar cuantice, care există chiar și la temperaturi absolute zero. unde tranziția clasică de fază nu poate fi realizată datorită teoremei Nernst.

Triple punct # 151; punct pe diagrama de fază, unde se întâlnesc trei linii de tranziții de fază. Triple punct # 151; aceasta este una din caracteristicile unui produs chimic. De obicei, punctul triplului este determinat de valoarea temperaturii și a presiunii, la care substanța poate fi în echilibru în trei stări agregate (de aici numele) # 151; solid, lichid și gazos. În acest moment, liniile de topire, fierbere și sublimare converg.

Într-un caz mai general, pot fi luate în considerare alte faze ale materiei care nu corespund diferitelor stări agregate. Pe diagramele de fază suficient de bogate pot exista mai multe puncte triple. O substanță la un punct triplu într-o stare de echilibru termodinamic poate fi parțial localizată în toate cele trei faze. În cazul diagramelor multidimensionale (adică dacă există alte valori intensive în afară de temperatură și presiune), pot exista patru puncte etc.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: