November 20 2018 17:28:31
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
устойчивость исходной фазы относительно флуктуаций
Начала термодинамики

Основная проблема фазовых переходов (превращений) связана с устойчивостью исходной фазы относительно флуктуаций, приводящих к появлению зародышей (фрагментов) новой фазы и их росту во времени. Устойчивость фазы относительно возникновения и роста зародышей новой фазы, определяемая с помощью первого и второго начал термодинамики, зависит от внешних условий.

Пусть посредством внешних условий заданы постоянные величины давления img158 и температуры img159. В этом случае могут флуктуировать, т.е. отклоняться от своих средних значений, объем V и энтропия S вещества. Данные флуктуации вызываются взаимодействием и теплообменом системы с окружающей средой.

Для анализа устойчивости фазы при фиксированных величинах давления и температуры вводится новая термодинамическая функция равновесного состояния

img160                   (5.1)

которая называется термодинамическим потенциалом и имеет размерность энергии. Если при бесконечно малых флуктуациях img161 объема и img162 энтропии первая img163 и вторая img164 вариации термодинамического потенциала удовлетворяют условиям

img165   img166   img167   img168            (5.2)

и термодинамический потенциал принимает минимальное значение, то данная фаза устойчива относительно возникновения и роста зародышей новой фазы. Возникающие зародыши новой фазы малы и быстро исчезают. С помощью (5.2) можно показать, что для устойчивой фазы ее теплоемкость при постоянном объеме img169 и коэффициент изотермического всестороннего сжатия img170.

Если для бесконечно малых флуктуаций объема и энтропии фазы первая и вторая вариация ее термодинамического потенциала удовлетворяют условиям

img171 ,   img172   img173 ,   img174                             (5.3)

и величина Ф максимальна, то рассматриваемая фаза неустойчива. Возникающие благодаря флуктуациям зародыши новой фазы растут и происходит переход в новую фазу. Следует отметить, что температура img175 фазового перехода зависит от внешних условий, в частности, от давления img176.

В случае изменения внешних условий, когда постоянными являются другие термодинамические величины, анализ устойчивости фазы производится с помощью новых термодинамических функций равновесного состояния, поскольку меняется характер как взаимодействия системы с окружающей средой, так и возмущений. Например, для теплоизолированной системы с постоянными значениями объема img177 и энтропии S0 ее равновесное состояние устойчиво в случае минимума внутренней энергии U.

Классификация фазовых переходов основана на поведении в точке перехода первых и вторых производных удельного термодинамического потенциала

img178                           (5.4)

по температуре и давлению. Здесь m – масса всей фазы.

В случае фазового перехода первого рода из фазы 1 в фазу 2 в точке перехода, определяемой температурой перехода img179 и давлением img180, первые производные

img181 img182,                (5.5)

где s – удельная энтропия, img183 - удельный объем (объем единицы массы вещества) и img184 - плотность вещества, испытывают скачок:

img185   img186   img187   img188,   img189 .                        (5.6)

В процессе всего фазового перехода температура и давление вещества сохраняются постоянными.

В соответствии с первым началом термодинамики скачок удельной энтропии означает, что фазовые переходы первого рода сопровождаются поглощением или выделением удельной теплоты

img190                        (5.7)

Согласно (5.7) удельные теплоты прямого img191 и обратного img192 фазовых переходов связаны соотношением

img193                       (5.8)

К фазовым переходам первого рода относятся превращения одного агрегатного состояния в другое. Эти прямые и обратные превращения образуют три пары:

1)   плавление – затвердевание,

2)   парообразование – конденсация,

3) возгонка, или сублимация (переход из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое) – осаждение паров с образованием твердой фазы.

Комментарии
#1 | amper April 21 2018 00:00:14
Термодинамические потенциалы — внутренняя энергия, рассматриваемая как функция энтропии. и обобщённых координат. (объёма системы, площади поверхности раздела фаз, длины упругого стержня или пружины, поляризации диэлектрика
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.03 секунд 5,451,574 уникальных посетителей