4. Фазові рівноваги та фазові переходи.

Фазою називається сукупність однорідних, однакових за своїми властивостями частин системи. В термодинаміці розглядаються твкрта, рідка та газоподібна фази. За певних умов різні фази однієї речовини можуть знаходитися в рівновазі, контактуючи одна з одною. Перехід з однієї фази в іншу супроводжується поглинанням або виділенням деякої кількості теплоти. Такі фазові переходи називаються фазовими переходами першого роду. Переходи, не пов’язані з поглинанням чи виділенням тепла називаються фазовими переходами другого роду.

Розглянемо фазові переходи першого роду.

При нагріванні кристалічної речовини збільшується амплітуда коли­вань її молекул, зростає хаотичність їх руху, і при досить високій температурі зникає дальній порядок (речовина плавиться). Хімічно прості кристали плавляться при цілком певній температурі (точка плавлення).

аЬ — нагрівання кристала

bс — плавлення

сd — нагрівання рідини (розплаву)

dе — кипіння

У сплавів існує інтервал температур, у якому відбувається плавлення. Аморфні тіла не плавляться, а розм'якшуються (зменшується їх в'язкість).

Теплофізичні характеристики речовини

1. Питома теплоємність

Чим більшу кількість речовини нагрівають і чим більшої зміни темпе­ратур Т_кінц- Т_поч = dТ треба досягти, тим більше потрібно часу, і тим більший потрібен теплопідвід до речовини:

Для різних речовин однакової m для досягнення однакових dT по­трібне різне dQ:

Коефіцієнт С (від "сарасitу" — ємність) — питома теплоємність.

Ця величина чисельно дорівнює кількості теплоти, яку одержує чи віддає 1 кг речовини при зміні його температури на 1 К.

2. Питома теплота плавлення

Чим більша маса речовини, яку розплавляють, тим більша потрібна кількість теплоти:

Питома теплота плавлення λ чисельно дорівнює кількості теплоти, яку необхідно передати одному кілограму кристалічної речовини, на­грітої до температури плавлення, щоб перетворити її в рідину тієї ж температури.

Для процесу кристалізації

у цьому випадку — питома теплота кристалізації.

3. Питома теплота пароутворення

Як і в попередньому випадку: dQ~т (чим рідини більше, тим довше її випаровувати, тим більше потрібне Q).

Питома теплота пароутворення r чисельно дорівнює кількості тепло­ти, необхідній, щоб при незмінній температурі 1 кг рідини перетво­рити у пару.

(У таблицях значення L наводиться при температурах кипіння рідин.)

Для процесу конденсації

у цьому випадку r— питома теплота конденсації.

4. Питома теплота згорання (теплотворна здатність)

Чем більше згорає палива, тим більше тепловиділення: Q~m. Різні речовини виділяють різні Q:

Питома теплота згорання q чисельно дорівнює кількості теплоти, яка виділяється при згоранні 1 кг речовини.

Рівняння теплового балансу

Воно виражає закон збереження енергії у процесах теплообміну. Для n тіл, що знаходяться у тепловому контакті: