5. Фазовые переходы в веществе. Диаграмма состояний

Как в жидкостях, так и в твердых телах имеются молекулы, энергия которых достаточна, чтобы преодолеть силы притяжения других молекул, и перейти в окружающее пространство от поверхности жидкого или твердого веществ. Этот процесс для жидкости называется испарением, а для твердых тел сублимацией.

Фазой называется термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся от других возможных равновесных состояний того же вещества, по физическим свойствам.

Переход вещества из одной фазы в другую, фазовый переход, связан с качественным изменением свойств вещества.

Фазовый переход первого рода сопровождается поглощением или выделением теплоты (например: плавление, кристаллизация). Для них характерны: . (изменения энтропии и объема).

Фазовые переходы второго рода не связаны с выделением, поглощением теплоты или изменением объема. Они характеризуются: , но скачкообразным изменением теплоемкости.

Для популярного изображения фазовых превращений используется диаграмма состояний (рис. 9. 4), на которой в координатах задается зависимость между температурой фазового перехода и давлением в виде кривых испарения (КИ), плавления (КП) и сублимации (КС). Они разделяют поле диаграммы на три области, соответствующие условиям существования вещества в твердой (Т), жидкой (Ж), и газообразной (Г) фазах. Кривые на диаграмме называются кривыми фазового равновесия; каждая точка на них соответствует условиям равновесия двух соответствующих фаз; КП – твердого тела и жидкости, КИ – жидкости и газа, КС – твердого тела и газа.

Точка, в которой пересекаются эти кривые, и которая, следовательно, определяет условия (температуру и соответствующее ей равновесное давление ) одновременного равновесного сосуществования трех фаз вещества, называется тройной точкой. Каждое вещество имеет одну тройную точку. Для воды эта точка соответствует температуре 273, 16 ⁰К (или температуре 0,01⁰ по шкале Цельсия), 609 Па.

Рис. 9. 4.

33.

6. Жидкие кристаллы

Жидкие кристаллы - особое состояние некоторых веществ, в котором они обладают свойствами жидкости – текучестью, но сохраняют определенную упорядоченность в расположении молекул и анизотропию ряда физических свойств, характерную для кристаллов.

Примером жидких кристаллов являются эфиры, холестерин.

Жидкокристаллическая упорядоченность наблюдается в определенных областях – доменах, размеры которых мм.

Внешними воздействиями, например, электрическим или магнитными полями, можно ориентировать домены, и получать жидкие «монокристаллы».

Жидкие монокристаллы обладают анизотропией упругости, электропроводности, магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости, оптической анизотропией.

Свойство жидких кристаллов изменять цвет при изменении температуры используется в медицине (для определения участков тела с повышенной температурой).

Таким образом, в лекции описано явление поверхностного натяжения жидкости. Определены условия полного смачивания и полного несмачивания. Описаны капиллярные явления. Рассмотрены вопросы кристаллического строения твердых тел. Классификация кристаллов проводится по двум признакам: кристаллографическому и физическому. Представлена теплоемкость твердого тела. Сформулирован закон Дюлонга-Пти. Описаны фазовые переходы в веществе и приведена диаграмма состояний. Дается определение жидких кристаллов.

34.