1. Равновесие фаз

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Р

Фазовые переходы

Статья является частью серии «Термодинамика».

Понятие фазы

Равновесие фаз

Квантовый фазовый переход

Разделы термодинамики

Начала термодинамики

Уравнение состояния

Термодинамические величины

Термодинамические потенциалы

Термодинамические циклы

Фазовые переходы

править

См. также «Физический портал»

авнове́сие фаз в термодинамике — состояние, при котором фазы в термодинамической системе находятся в состоянии теплового, механическогои химического равновесия.

Типы фазовых равновесий:

Тепловое равновесие означает, что все фазы вещества в системе имеют одинаковую температуру.

Механическое равновесие означает равенство давлений по разные стороны границы раздела соприкасающихся фаз. Строго говоря, в реальных системах эти давления равны лишь приближенно, разность давлений создается поверхностным натяжением.

Химическое равновесие выражается в равенстве химических потенциалов всех фаз вещества.

Содержание [убрать]1 Условие равновесия фаз 2 Уравнение Клапейрона — Клаузиуса 3 Правило фаз Гиббса 4 См. также 5 Литература

2. [Править]Условие равновесия фаз

Рассмотрим химически однородную систему (состоящую из частиц одного типа). Пусть в этой системе имеется граница раздела между фазами 1 и 2. Как было указано выше, для равновесия фаз требуется равенство температур и давлений на границе раздела фаз. Известно (см. статьюТермодинамические потенциалы), что состояние термодинамического равновесия в системе с постоянными температурой и давлением соответствует точке минимума потенциала Гиббса.

Потенциал Гиббса такой системы будет равен

• ,

где  и  — химические потенциалы, а  и  — числа частиц в первой и второй фазах соответственно.

При этом сумма  (полное число частиц в системе) меняться не может, поэтому можно записать

• .

Предположим, что , для определенности, . Тогда, очевидно, минимум потенциала Гиббса достигается при  (все вещество перешло в первую фазу).

Таким образом, равновесие фаз возможно только в том случае, когда химические потенциалы этих фаз по разные стороны границы раздела равны:

• .

3. [Править]Уравнение Клапейрона — Клаузиуса

Основная статья: Уравнение Клапейрона — Клаузиуса

Из условия равновесия фаз можно получить зависимость давления в равновесной системе от температуры. Если говорить о равновесии жидкость — пар, то под давлением понимают давление насыщенных паров, а зависимость  называется кривой испарения.

Из условия равенства химических потенциалов следует условие равенства удельных термодинамических потенциалов:

• ,

где ,  — потенциал Гиббса i-й фазы,  — её масса.

Отсюда:

• ,

а значит,

• ,

где  и  — удельные объем и энтропия фаз. Отсюда следует, что

• ,

и окончательно

• ,

где  — удельная теплота фазового перехода (например, удельная теплота плавления или удельная теплота испарения).

Последнее уравнение называется уравнением Клапейрона — Клаузиуса.