Вопросы по Термодинамике (5)

22. Равновесие гетерогенных систем. Правило фаз Гиббса.

Введем обозначения: n – число фаз, k – число компонент

Будем писать:

Для двухфазной однокомпонентной системы (условие ТД равновесия): T¹=T², p¹=p², ¹= ²

Для гетерогенной системы: T¹=T²=…=Tⁿ

p¹=p²=…=pⁿ

Значит: T=const, p=const → G=min в равновесии (dG=0)

– для всей системы (отдельных фаз)

= 0

= 0

Получается:

Из первого уравнения вытащим:

Из второго уравнения:

, так как или

Значит:

Правило фаз Гиббса

Сколько фаз может одновременно находиться в гетерогенной системе?

(n-1)k – число уравнений для условий равновесия гетерогенной системы.

Долевая концентрация:

Просуммируем долевые концентрации всех компонентов в i-ой фазе, то есть по j:

Тогда, (k-1)n – число независимых долевых концентраций.

2+(k-1)n – число независимых параметров, которые нужно задать, чтобы описать независимую гетерогенную систему.

Если 2+(k-1)n - (n-1)k = N – число степеней свободы у гетерогенной системы.

Число независимых параметров, которые можно не нарушать, чтобы сохранялось равновесие: N=2+kn-n-kn+k

N=2-n+k

N≥0

2-n+k≥0

n≤k+2

– правило фаз Гиббса

Пример: однокомпонентная система (k=1)

n≤3

• k=1, n=1 – однокомпонентная система (жидкая H₂O)

Тогда, N=2-1+1=2

параметры (например P и T)

• k=1, n=2 – двухфазная однокомпонентная система (жидкость + пар; жидкость+лед; лед+пар)

Тогда, N=2-2+1=1

то есть p=p(T)

Фазовая диаграмма

• k=1, n=3 – трехфазная однокомпонентная система

Тогда, N=2-3+1=0

Возможно при T=T₀, p=p₀

24. Тепловое ионизационное равновесие. Формула Саха.

25. Классификация фазовых переходов.

26. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

27. Уравнения Эренфеста.

28. ТД диэлектриков.

29. ТД магнетиков.

30. ТД поверхностных явлений.

31. Методы получения низких температур

32. Исходные положения линейной теории необратимых процессов.

33. Уравнения локального баланса.

34. Соотношения взаимности Онсагера.

35. Принцип минимума производства энтропии.