Условия фазового равновесия (вывод). Правило фаз Гиббса (примеры применения).
Рассмотрим
изолированную систему, разделенную на
две части (подсистемы)
и
,
,
;
в состоянии термодинамического равновесия энтропия изолированной системы сохраняет постоянное (максимальное) значение
;
,
,
,
,
,
,
,
.
Условия фазового равновесия:
,
,
.
Число фаз, которые могут одновременно существовать в равновесии в данной термодинамической системе
,
– число компонентов
системы.
Правло фаз Гиббса:
,
– число термодинамических степеней
свободы, определяющее число независимых
параметров, которые в некоторых пределах
могут быть произвольно изменены без
нарушения фазового состояния системы.
Примеры применения
Чистые вещества в однофазной системе,
.
Чистые вещества в двухфазной системе
.
Чистые вещества в трехфазной системе
,
– тройная точка.
Вывод и физический смысл уравнения Клапейрона-Клаузиуса.
Рассмотрим две фазы ( и ), находящиеся в равновесии при давлении и температуре ,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
уравнение Клапейрона-Клаузиуса:
,
– теплота фазового
перехода.
Уравнение Клапейрона-Клаузиуса связывает термические величины (температура, давление, удельный объем) с калорическими (теплота фазового перехода). В общем виде оно характеризует изменение давления фаз, находящихся в равновесии, от температуры.
Термодинамические свойства воды и водяного пара. Тройная точка, критическая точка, минимум удельного объема.
-диаграммы
воды и водяного пара. Определение
термодинамических свойств в однофазной
и двухфазной областях.
Параметры характерных состояний воды
Тройная точка:
,
,
,
состояния жидкости в тройной точке принято за начало отсчета внутренней энергии и энтропии
,
,
.
Критическая точка:
,
,
.
Термодинамические свойства воды в однофазной области определяются двумя независимыми переменными по таблицам.
В двухфазном состоянии вещество обладает одной степенью свободы. Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения приводятся в зависимости от одного параметра (давления и температуры).
Для задания состояния влажного насыщенного пара (смеси кипящей воды и сухого насыщенного пара) дополнительно используется показатель содержания сухого насыщенного пара в смеси – степень сухости
,
значение меняется от 0 (кипящая жидкость) до 1 (сухой насыщенный пар).
,
,
,
.
Температура (или однозначно связанное с ней давление насыщения) и степень сухости определяют состояние двухфазной системы.
Основные термодинамические процессы с реальными газами: изотермический, изобарный, изохорный процесс. Определение теплоты и работы в процессах. Построение процессов в диаграммах .
Изохорный процесс
,
,
,
.
Изобарный процесс
,
,
.
Изотермический процесс
,
,
,
.
Обратимый и необратимый адиабатный процесс реального газа. Расчет работы расширения и технической работы.
Адиабатный процесс
,
Обратимый адиабатный процесс
,
,
,
.
Необратимый адиабатный процесс
,
,
.