1.3.2.Б. Обернений рівновісний цикл Карно
В
оберненому циклі Карно теплота
відводиться від газу в процесі
ізотермічного стискання при температурі
,
а кількість теплоти
навпаки підводиться до газу в процесі
ізотермічного розширення при
.
Тоді результуюча робота
,
тобто результуюча робота виконується
зовнішнім середовищем над газом.
Даний
результат справедливий для будь-якого
оберненого циклу, таким чином за рахунок
здійсненої роботи зовнішніми силами
над робочим тілом, можна переносити
енергію у вигляді теплоти від менш
нагрітого тіла до більш нагрітого тіла.
Даний метод використовується в
холодильній техніці. Холодильна техніка
буде тим більш економічною, чим менша
буде робота
,
яка витрачається зовні на відведення
від холодильного тіла теплоти
.
З
рівняння, що
і з умови, що
,
знаходимо, що:
. (4)
4.Потенціал Гіббса
Енергією Гіббса називається функція стану, що визначається рівнянням:
G=H-TS=U+pV-TS . (19)
Повний диференціал енергії Гіббса визначається як:
.
Така як dU=TdS-pdV, то потенціал енергії Гіббса:
dG=Vdp-SdT.
Тобто природними змінними для функції енергії Гіббса є тиск і температура (p i T), а частинні похідні цієї функції:
. (20)
Якщо температура T і тиск p залишаються сталими, то відповідно до рівняння (13) можна записати:
. (21)
З рівняння слідує: якщо необхідний процес буде проходити при постійному тискові p=const і постійній температурі T=const, то це буде супроводжуватися зменшенням енергії Гіббса.
В стані рівноваги енергія Гіббса буде мінімальною.
5. Потрійна точка. Діаграма стану
Візьмемо
речовину у вигляді рідини і яка
знаходиться у рівновазі насиченої пари
і , не змінюючи об’єму, віднімати від
неї тепло. Цей процес буде супроводжуватися
зниженням температури речовини і
відповідно зменшенням тиску. Тому
точка, яка зображує стан речовини на
діаграмі (p,T),
переміщується вниз по кривій випаровування.
Це продовжується до тих пір, поки не
досягнеться температура кристалізації
речовини, яка відповідає рівноважному
значенню тиску. Позначимо цю температуру
.
Весь час, поки йде процес кристалізації,
температура і тиск залишаються
незмінними. Тепло, що відводиться при
цьому, представляє собою тепло, що
виділяються при кристалізації.
Температура
і відповідний їй рівноважний тиск
- єдині значення температури і тиску,
при яких можуть знаходитись в рівновазі
три фази рідини: тверда, рідка і
газоподібна. Відповідна точка на
діаграмі (p,T)
називається потрійною точкою. Таким
чином, потрійна точка визначає умови,
за яких можуть знаходитись в рівновазі
одночасно три фази речовини.
По закінченню процесу кристалізації, в рівновазі будуть тверда і газоподібна фази. Якщо продовжувати забирати тепло від речовини, то температура знову почне знижуватись. Відповідно зменшиться тиск пари, що знаходиться в рівновазі з кристалічною фазою. Точка, що зображує стан речовини, переміщується вниз по кривій сублімації.
Температура потрійної точки є температура, при якій плавиться речовина, знаходячись під писком, що дорівнює . При інших тисках температура плавлення буде іншою. Зв’язок між тиском і температурою плавлення зобразиться кривою плавлення, що починається в потрійній точці.
Криві плавлення, випаровування і сублімації розбивають координатну площину на три області. Зліва від кривих плавлення і сублімації – область твердої фази, між кривими плавлення і випаровування – область рідких станів, справа від кривих сублімації і випаровування – область газоподібних станів речовини.
Будь-яка точка в одній з цих областей зображує відповідний однофазний стан речовини (рівноважний). Будь-яка точка, що лежить на одній з кривих, зображує стан рівноваги двох відповідних фаз речовини. Потрійна точка зображує рівновагу всіх трьох фаз. Таким чином, кожна точка на діаграмі зображує певний стан речовини, тому її називають діаграмою стану.
Якщо речовина має кілька кристалічних модифікацій, діаграма стану має складніший характер.
