Фазово равновесие. Правилото за фазата на Гибс

Днес физиката се е превърнала в много разпространена наука. В буквалния смисъл той присъства навсякъде. Най-елементарният пример: в двора ви расте ябълково дърво, върху което се пеят плодове, идва време и ябълки започват да падат, но в каква посока падат? Благодарение на закона на универсалната гравитация, плодът ни пада на земята, тоест, той се спуска, но не нагоре. Това беше един от най-известните примери за физиката, но нека обърнем внимание на термодинамиката и по-точно на фазовите равновесие, които са не по-малко важни в нашия живот.

термодинамика

Първо, нека да разгледаме този термин. Theta-епсилон-р-р-Ь-делта-силил-пи-алфа-ц-йота-капа-ή- така изглежда като думата на гръцки език. Първата част Theta-epsilon-rho-mu-o означава "топлина", а втората delta-upsilon-nu-alpha-mu-iota-kappa-или- "мощност". Термодинамиката е клон на физика, който проучва свойствата на макроскопичната система, както и различни начини за преобразуване и предаване на енергия. В този раздел са изследвани специални състояния и процеси, за да се въведе концепцията за температурата в описанието (това е физическо количество, което характеризира термодинамичната система и се измерва с помощта на определени инструменти). Всички процеси, които се срещат в термодинамичните системи, се описват само в микроскопични количества (налягане и температура, както и концентрацията на компонентите).

Уравнението Clapeyron-Clausius

Всеки физик знае това уравнение, но нека го анализираме частично. Той се отнася до равновесните процеси на прехода на определена материя от една фаза на друга. Това може да се види ясно в такива примери: топене, изпаряване, сублимация (един от начините за запазване на продуктите, който преминава през пълното отстраняване на влагата). Формулата ясно показва процесите, които се извършват:

• n = PV / RT;
• където Т е температурата на веществото;
• Р е налягането;
• R е специфичната топлина на фазовия преход;
• V е промяната в конкретния обем.

История на уравнението

Уравнението Clapeyron-Clausius е отлично математическо обяснение на втория закон на термодинамиката. Също така се нарича "неравенство на Клаусий". Естествено, теоремата е разработена от самия учен, който иска да обясни връзката между топлинния поток в системата и ентропията, както и нейната среда. Това уравнение Клаузий развива в опитите си да обясни ентропията и да я определи в количества. В буквалния смисъл теоремата ни позволява да определим дали цикличният процес е обратим или необратим. Това неравенство ни предлага количествена формула за разбиране на втория закон.

Ученият беше един от първите, който работеше върху идеята за ентропията и дори даде този процес на име. Това, което сега е известно като теорема Клаузиус, бе публикувана за първи път през 1862 година в шестия работата на Рудолф "На използването на трансформация равностойност теорема да се работи в интериора." Ученият се опита да покаже пропорционалната връзка между ентропията и енергийния поток чрез нагряване (делта- Q) в системата. В конструкцията тази топлинна енергия може да се превърне в работа и тя може да бъде трансформирана в топлина чрез цикличен процес. Рудолф доказва, че "алгебричната сума на всички трансформации, възникващи в цикличен процес, може да бъде по-малка от нула или в екстремни случаи нула."

Затворена изолирана система

Изолирана система е едно от следните:

1. Физическата система е далеч от другите, които не взаимодействат с тях.
2. Термодинамичната система се затваря от твърди неподвижни стени, през които не могат да преминават нито материя, нито енергия.

Въпреки факта, че субектът вътрешно се отнася до собствената си гравитация, изолирана система обикновено се извежда извън границите на външните гравитационни и други далечни сили.

Това може да се контрастира с факта, че (в по-обща терминология, използвана в термодинамиката) е затворена система, селективни мъжки стени, през които може да прехвърли енергия под формата на топлина или работа, но не е от значение. И с отворена система, в която материята и енергията влизат или излизат, въпреки че могат да имат различни непроницаеми стени в части от границите си.

Изолираната система се подчинява на закона за опазване. Най-често в термодинамиката, материята и енергията се третират като отделни понятия.

Термодинамични преходи

За да се разберат преходите на квантовата фаза, е полезно да ги сравним с класическите трансформации (наричани още термични обрати). CPT описва връщащата точка в термодинамичните свойства на системата. Той сигнализира за реорганизацията на частиците. Типичен пример е замразяващият преход на водата, който описва плавна трансформация между течност и твърдо вещество. Израстването на класическата фаза се дължи на конкуренцията между енергията на системата и ентропията на нейните топлинни колебания.

Класическата система няма ентропия при нулева температура и следователно не може да се получи фазова трансформация. Тяхната последователност се определя от първия прекъснат производствен термодинамичен потенциал. И, разбира се, има първа заповед. Фазовите трансформации от феромагнит до парамагнит са непрекъснати и имат втори ред. Тези постоянни промени от подредена към неразпределена фаза се описват с параметър на поръчката, който е нула. За горепосочената феромагнитна трансформация, параметърът на поръчката ще бъде тоталната магнетизация на системата.

Потенциалът на Гибс

Свободната енергия на Gibbs е максималният брой произведения без разширение, които могат да бъдат премахнати от термодинамична затворена система (която може да обменя топлината и да работи с околната среда). Този максимален резултат може да бъде постигнат само в напълно обратим процес. Когато системата се трансформира обратно от първото до второто състояние, намаляването на свободната енергия на Gibbs е равно на системата, изпълнявана в нейната среда, минус работата на силите на налягане.

Състояние на равновесието

Термодинамичното и механичното равновесие е аксиоматична концепция за термодинамика. Това е вътрешното състояние на една или повече системи, свързани с повече или по-малко пропускливи или непроницаеми стени. В това състояние няма чисти макроскопични потоци от материя или енергия, нито вътре в системата, нито между системите.

В собствената си концепция за състоянието на вътрешното равновесие не настъпва макроскопска промяна. Системите са разположени едновременно във взаимните термични, механични, химични (константи), радиационно равновесие. Те могат да бъдат в една форма. В този процес всички видове се съхраняват незабавно и безкрайно време, докато физическата операция бъде прекъсната. Абсолютно точен балансиран обмен се осъществява в макроскопично равновесие. Горното доказателство е физическо обяснение на това понятие.

фундамент

Всеки закон, теорема, формулата има своя основа. Нека анализираме 3-те бази на фазовото равновесно законодателство.

• Фазата е форма на материя, хомогенна по химичен състав, физическо състояние и механично равновесие. Типичните фази са твърди, течни и газообразни. Две несмесими течности (или течни смеси с различни състави), разделени с отделна граница, се считат за две различни фази и несмесващи се твърди частици.
• Брой компоненти (C) е броят на химически независими компоненти на системата. Минималният брой независими видове, необходими за определяне на състава на всички фази на системата.
• Брой степени на свобода (F) в този контекст е броят на интензивните променливи, които не зависят един от друг.

Класификация чрез фазово равновесие

• Реакциите на непрекъснато чисто предаване (често наричани реакции в твърда фаза) възникват между твърди вещества с различен състав. Те могат да включват елементи, намиращи се в течности (H, C), но тези елементи остават в твърди фази, така че течните фази не се включват като реагенти или продукти (Н₂O, CO₂). Твърдите реакции на чист трансфер могат да бъдат непрекъснати или периодични, както и терминални.
• Полиморфните са специален тип твърдофазова реакция, която включва фази с идентичен състав. Класически примери са реакциите между алуминиеви силикати цианит-силиманит-андаузит, превръщането на графита в диамант при високо налягане и равновесието на калциев карбонат.

Законите на равновесието

Производственото правило на Гибс бе предложено от Джоузеф Уилард Гибс в известната му статия, озаглавена "Равновесието на хетерогенните вещества", публикувана от 1875 до 1878 г. Той се прилага към нереактивни многокомпонентни хетерогенни системи в термодинамично равновесие и се дава от равенството:

• F = С-Р + 2;
• където F - брой степени на свобода;
• C - брой на компонентите;
• P - брой на фазите в термодинамичното равновесие един с друг.

Броят на степените на свобода е броят на незаетите интензивни променливи. Най-големият брой термодинамични параметри, като температура или налягане, които могат да варират едновременно и произволно, без да се засягат един друг. Пример за еднокомпонентна система е система с едно чисто химическо вещество и двукомпонентни системи, като например смеси от вода и етанол, имат два независими компонента. Типичните фазови преходи (фазово равновесие) са твърди частици, течности, газове.

Правилото на фазата при постоянно налягане

За приложения в областта на материалознанието, които се занимават с фазовите промени между различните твърди структури, често има постоянен натиск (например в една атмосфера) и се пренебрегва като степен на свобода, така че правилото става: F = C - P + 1.

Понякога влиза тази формула, наречена "правило с кондензирано фаза", но, както знаем, това не се отнася за тези системи, които са изложени на високи налягания (например, геология), тъй като ефектите от този натиск може да доведе до катастрофални последици.

Може да изглежда, че равновесието фаза - само празна фраза и малко или никакви физически процеси, участващи това време, но както видяхме, без него, много закони не са познати на нас, така че ние се нуждаем от малко по-запознати с тези уникални, цветни, макар Chut малко скучни правила. Това знание е помогнало на много хора. Те се научили да ги прилагат към себе си, например, електротехниците, знаейки правилата за работа с фази, могат да се предпазят от ненужна опасност.