6.28 Фазові переходи. Діаграма стану речовини. Рівняння Клапейрона-Клаузіуса

Фазою називається однакові за фізичними властивостями частини системи. На рис.6.47 зображені три фази: вода, лід, пара.

Перехід речовини із однієї фази в іншу називається фазовим переходом. Розрізняють фазові переходи 1-го і 2-го роду. При фазових переходах 1-го роду виділяється, або поглинається прихована теплота переходу. Наприклад, плавлення (кристалізація)

(6.86)

випаровування (конденсація)

(6.87)

Тут λ і r – питомі теплоти плавлення і випаровування відповідно.

При фазових переходах 2-го роду прихована теплота не проявляється, але відбувається стрибкоподібна зміна певних фізичних властивостей. Як правило такі переходи супроводжується стрибкоподібною зміною теплоємності.  Тому теплоємність може слугувати як індикатор фазових переходів 2-го роду. Прикладами таких переходів є перехід графіту в алмаз (змінюється твердість), перехід у надпровідний стан (змінюється електропровідність), перехід феромагнетику в парамагнетик при нагріванні (змінюється магнітна проникність), перехід у надтекучий стан (змінюється коефіцієнт в’язкості) і т.д.

При певних умовах різні фази речовини можуть знаходитись у рівновазі при контакті однієї фази з іншою. Такий стан має місце при певних зовнішніх умовах (температура Т, тиск Р, … ). Сукупність станів рівноваги різних фаз в координатах Р-Т називається діаграмою стану речовини (рис.6.48). Лінія АТ – крива сублімації,       ВТ – крива випаровування, СТ – крива плавлення. Точка діаграми стану відповідає рівновазі відповідних фаз, тобто відповідають умовам відповідного фазового переходу. Звертає на себе увагу точка Т рівноваги трьох фаз. Ця точка називається потрійною точкою. Для різних речовин параметри потрійної точки різні. Наприклад, для води: Р3 = 4,58 мм рт.ст.,  .Кожна точка діаграми стану відповідає умовам відповідного фазового переходу. Отже, при зміні тиску dP змінюється і температура фазового переходу на dT (рис.6.49). Таку зміну описує рівняння Клапейрона-Клаузіуса

(6.88)

Тут: V2  і  V1 – об’єми речовини відповідно після і до фазового переходу, Q – прихована теплота фазового переходу.

Наприклад, відомо, що при плавленні льоду об’єм речовини зменшується V2 < V1. Для плавлення потрібно затратити тепло, тобто Q < 0. Отже, при dP > 0  збільшенні тиску dT < 0 температура плавлення зменшується, і може стати меншою 0оС. Таке явище має місце під ковзанами спортсменів. Утворювана під ковзанами вода виконує роль змащування і зменшує тертя. Аналогічно пояснюється і зменшення температури кипіння води в горах при зниженому тискові.

You must be logged in to post a comment.

Фізика