Fasebalance

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 22. marts 2021; verifikation kræver 1 redigering .

Fasernes ligevægt i termodynamikken er en tilstand, hvor faserne i et termodynamisk system er i en tilstand af termisk , mekanisk og kemisk ligevægt.

Typer af faseligevægte:

Termisk ligevægt betyder, at alle faser af et stof i et system har samme temperatur .

Mekanisk ligevægt betyder ligheden af tryk på modsatte sider af grænsefladen mellem kontaktfaserne. Strengt taget er disse tryk i virkelige systemer kun tilnærmelsesvis lige store, trykforskellen er skabt af overfladespænding .

Kemisk ligevægt er udtrykt i ligheden mellem de kemiske potentialer i alle faser af et stof.

Faseligevægtstilstand

Overvej et kemisk homogent system (bestående af partikler af samme type). Lad dette system have en grænseflade mellem fase 1 og 2. Som nævnt ovenfor kræver faseligevægt lighed mellem temperaturer og tryk ved grænsefladen. Det er kendt (se artiklen Termodynamiske potentialer ), at tilstanden af termodynamisk ligevægt i et system med konstant temperatur og tryk svarer til minimumspunktet for Gibbs potentiale .

Gibbs potentialet for et sådant system vil være lig med

${\displaystyle G=\mu _{1}N_{1}+\mu _{2}N_{2))$ ,

hvor og er de kemiske potentialer og og er antallet af partikler i henholdsvis første og anden fase. $\mu_{1}$ $\mu_{2}$ $N_1$ $N_2$

I dette tilfælde kan summen (det samlede antal partikler i systemet) ikke ændre sig, så vi kan skrive $N=N_{1}+N_{2}$

$G=\mu _{1}N_{1}+\mu _{2}(N-N_{1})=\mu _{2}N+(\mu _{1}-\mu _{ 2})N_{1}$ .

Lad os antage , at for bestemtheden . Så nås naturligvis minimumet af Gibbs potentiale (alt stof er gået ind i den første fase). ${\displaystyle \mu _{1}\neq \mu _{2))$ ${\displaystyle \mu _{1}<\mu _{2))$ $N_{1}=N$

Således er faseligevægt kun mulig, når de kemiske potentialer af disse faser på modsatte sider af grænsefladen er ens:

$\mu _{1}=\mu _{2}$ .

Clausius-Clapeyron-ligningen

Ud fra betingelsen om faseligevægt kan man få trykkets afhængighed i et ligevægtssystem af temperaturen. Hvis vi taler om væske-damp- ligevægt , så forstås tryk som mættet damptryk , og forholdet kaldes fordampningskurve . $P=P(T)$

Fra betingelsen om lighed af kemiske potentialer følger betingelsen om lighed af specifikke termodynamiske potentialer:

$g_{1}=g_{2}$ ,

hvor , er Gibbs potentialet for den i-te fase, er dens masse. $g_{i}={\frac {G_{i}}{m_{i}}}$ $G_{i}$ $m_i$

Herfra:

${\displaystyle dg_{1}=dg_{2))$ ,

hvilket betyder

$v_{1}dP-s_{1}dT=v_{2}dP-s_{2}dT$ ,

hvor og er fasernes specifikke volumen og entropi . Derfor følger det $v_{1}$ $s_{1}$

${\frac {dP}{dT}}={\frac {s_{2}-s_{1}}{v_{2}-v_{1}}}$ ,

og endelig

${\frac {dP}{dT}}={\frac {q}{T(v_{2}-v_{1})}}$ ,

hvor er den specifikke faseovergangsvarme (f.eks. specifik fusionsvarme eller specifik fordampningsvarme ). $q$

Den sidste ligning kaldes Clausius-Clapeyron-ligningen .

Gibbs' faseregel

Den grundlæggende lov om heterogene ligevægte, ifølge hvilken i et heterogent (makroskopisk inhomogent) fysisk-kemisk system i stabil termodynamisk ligevægt kan antallet af faser ikke overstige antallet af komponenter øget med 2. Etableret af J.W. Gibbs i 1873-76 [1] .

Se også

Noter

↑ TSB

Litteratur

Bazarov I.P. Termodynamik. (utilgængeligt link) M.: Vysshaya shkola, 1991. 376 s.
Sivukhin DV Almen kursus i fysik. - M . : Nauka , 1975. - T. II. Termodynamik og molekylær fysik. — 519 s.

Materiens termodynamiske tilstande

Fasetilstande

Aggregeringstilstand Fasebalance Faseregel fasediagram Tilstandsligning
Solid	krystaller Monokrystal polykrystal Krystallit
mesofase	Amorfe kroppe glasagtig tilstand flydende krystal Nematisk Smektisk kolesterisk Søjlefase Mesogen Membran
Væske	Ideel væske Metastabil tilstand overophedet væske superkølet væske strakt væske Nedsmeltning superkritisk væske
Gas	Ideel gas rigtig gas Damp Mættet damp overophedet damp overmættet damp
Plasma	elektromagnetisk Quark-gluon plasma Glazma
Lav temperatur	bose kondensat Fermionisk kondensat kvantegas bose gas Fermi gas degenereret gas kvantevæske bose væske Fermi væske superflydende fast stof Fænomener Superfluiditet Superledningsevne
Andet	mærkelig sag fotonisk molekyle farve glas kondensat

Faseovergange

Første slags

Anden slags

i elektriske fænomener	ferroelektrisk Antiferroelektrisk
i magnetiske fænomener	ferromagneter Paramagneter Antiferromagneter

kvante

lambda punkt

Spred systemer

Geler
- Aerogel
Løsninger
kolloide systemer
- grov
- Frit spredt kolloid
Sol
Spraydåse
- Røg
- Støv
- Tåge
- tåge
Affjedring
Emulsion

se også