Fasbalans

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 22 mars 2021; verifiering kräver 1 redigering .

Fasjämvikten i termodynamiken är ett tillstånd där faserna i ett termodynamiskt system är i ett tillstånd av termisk , mekanisk och kemisk jämvikt.

Typer av fasjämvikter:

Termisk jämvikt innebär att alla faser av ett ämne i ett system har samma temperatur .

Mekanisk jämvikt betyder lika tryck på motsatta sidor av gränsytan mellan kontaktfaserna. Strängt taget, i verkliga system är dessa tryck endast ungefär lika, tryckskillnaden skapas av ytspänning .

Kemisk jämvikt uttrycks i likheten mellan de kemiska potentialerna för alla faser av ett ämne.

Fasjämviktstillstånd

Betrakta ett kemiskt homogent system (bestående av partiklar av samma typ). Låt detta system ha ett gränssnitt mellan faserna 1 och 2. Som nämnts ovan kräver fasjämvikt jämlikhet mellan temperaturer och tryck vid gränssnittet. Det är känt (se artikeln Termodynamiska potentialer ) att tillståndet för termodynamisk jämvikt i ett system med konstant temperatur och tryck motsvarar minimipunkten för Gibbs potential .

Gibbs potential för ett sådant system kommer att vara lika med

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

var och är de kemiska potentialerna och och är antalet partiklar i den första respektive andra fasen. $\mu_{1}$ $\mu_{2}$ $N_1$ $N_2$

I det här fallet kan summan (det totala antalet partiklar i systemet) inte ändras, så vi kan skriva $N=N_{1}+N_{2}$

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

Låt oss anta att för visshetens skull . Då, uppenbarligen, uppnås minimum av Gibbs potential (all materia har gått in i den första fasen). $\mu _{1}\neq \mu _{2}$ ${\displaystyle \mu _{1}<\mu _{2))$ $N_{1}=N$

Således är fasjämvikt möjlig endast när de kemiska potentialerna för dessa faser på motsatta sidor av gränsytan är lika:

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

Clausius-Clapeyrons ekvation

Från tillståndet för fasjämvikt kan man erhålla tryckets beroende av temperatur i ett jämviktssystem. Om vi talar om vätske-ångjämvikt , så förstås tryck som mättat ångtryck , och förhållandet kallas förångningskurva . $P=P(T)$

Från villkoret för likhet med kemiska potentialer följer villkoret för likhet för specifika termodynamiska potentialer:

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

där , är Gibbs potential för den i-te fasen, är dess massa. $g_{i}={\frac {G_{i}}{m_{i}}}$ $G_{i}$ $mi$

Härifrån:

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

som betyder

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

var och är den specifika volymen och entropin för faserna. Därav följer det $v_{1}$ $s_{1}$

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

och slutligen

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

var är det specifika värmet för fasövergången (till exempel specifikt smältvärme eller specifikt förångningsvärme ). $q$

Den sista ekvationen kallas Clausius-Clapeyron-ekvationen .

Gibbs fasregel

Den grundläggande lagen för heterogena jämvikter, enligt vilken i ett heterogent (makroskopiskt inhomogent) fysikalisk-kemiskt system i stabil termodynamisk jämvikt kan antalet faser inte överstiga antalet komponenter ökade med 2. Etablerat av J.W Gibbs 1873-76 [1] .

Se även

Anteckningar

↑ TSB

Litteratur

Bazarov I.P. Termodynamik. (otillgänglig länk) M.: Vysshaya shkola, 1991. 376 sid.
Sivukhin DV Allmän kurs i fysik. - M . : Nauka , 1975. - T. II. Termodynamik och molekylär fysik. — 519 sid.

Materias termodynamiska tillstånd

Fas tillstånd

Aggregeringstillstånd Fasbalans Fasregel fas diagram Tillståndsekvation
Fast	kristaller Monokristall polykristall Kristallit
mesofas	Amorfa kroppar glasartat tillstånd flytande kristall Nematic Smektisk kolesteriskt Kolumnfas Mesogen Membran
Flytande	Idealisk vätska Metastabilt tillstånd överhettad vätska underkyld vätska sträckt vätska Nedsmältning superkritisk vätska
Gas	Idealisk gas riktig gas Ånga Mättad ånga överhettad ånga övermättad ånga
Plasma	elektromagnetiska Quark-gluon plasma Glazma
Låg temperatur	bose kondensat Fermioniskt kondensat kvantgas bose gas Fermi gas degenererad gas kvantvätska bose vätska Fermi vätska superflytande fast ämne Fenomen Superfluiditet Superledningsförmåga
Övrig	märklig sak fotonisk molekyl färgglaskondensat

Fasövergångar

Första sorten

Andra sorten

i elektriska fenomen	ferroelektrisk Antiferroelektrisk
i magnetiska fenomen	ferromagneter Paramagneter Antiferromagneter

kvant

lambdapunkt

Dispergera system

Geler
- Aerogel
Lösningar
kolloidsystem
- grov
- Fritt spridd kolloidal
Sol
Sprejburk
- Rök
- Damm
- Dimma
- dimma
Suspension
Emulsion

se även