Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
69
Добавлен:
30.05.2015
Размер:
1.05 Mб
Скачать

М.Ф. Жоровков

Расчет диаграмм состояния бинарных систем в приближении регулярных растворов Учебное пособие

(на правах рукописи)

Томск-2001

М.Ф.Жоровков

Расчет диаграмм состояния бинарных систем в приближении регулярных растворов: Учебное пособие. Томск: Томский государственный университет,2001.-71с.

Учебное пособие “ Расчет диаграмм состояния бинарных систем в приближении регулярных растворов” дает основные сведения о диаграммах состояния. Подробно рассмотрена модель регулярных растворов с учетом химического взаимодействия в бесконечном числе сфер. Рассмотрены основные методы теоретического построения диаграмм состояния.

Рецензент:

© Жоровков М.Ф.

Томский государственный университет,2001

Все изучается лишь для того, чтобы снова стать непонятным или, в лучшем случае, потребовать исправления”

Ричард Фейнман

Введение

Термодинамика - раздел теоретической физики, исследующий свойства достаточно больших систем. В этом разделе устанавливаются наиболее общие характеристики, необходимые для описания поведения больших систем, без каких либо предположений о структуре самих систем. Центральным положением термодинамики является постулат о существовании равновесного состояния системыпри неизменных и однородных внешних условиях. Все процессы в системе направлены в сторону равновесного состояния. Равновесным состояниям соответствуют функции состояния, значение которых определяется только состоянием системы. Внешние условия, в которых может находиться система, весьма разнообразны. Каждому типу внешних условий соответствует свой тип функций состояний. Функций состояния столько, сколько можно придумать различных внешних условий. Определение конкретной функциональной зависимости функций состояния не является термодинамической задачей. В термодинамике устанавливается только сам факт существования таких функций и изучаются их наиболее общие свойства. Определяются число и тип аргументов, от которых зависят функции состояния, изучаются их аналитические свойства, устанавливаются связи их первых производных с термодинамическими характеристиками системы и вторых производных с характеристиками веществ, составляющих систему. Определение конкретных функциональных зависимостей функций состояния для систем – это задача прикладных наук. Эти зависимости могут быть определены либо из эксперимента, либо из расчета на основе методов статистической физики. В практическом плане наиболее важной является свободная энергия Гиббса. Для двухкомпонентной простой системы свободная энергия ГиббсаG=G(T,P,C)– функция температурыT, давленияP и составаC. Каждой точке в пространстве аргументов функции состояния соответствует некоторое состояние равновесия и наоборот. Равновесное состояние системы не означает, что вся система находится в макроскопически однородном состоянии. В состоянии равновесия система может быть как гомогенной, так и гетерогенной. В гетерогенном равновесном состоянии части системы могут резко различаться по своим физическим характеристикам и отделены друг от друга (в обычном пространстве) некоторыми физическими поверхностями раздела. Таким образом, каждому конкретному значению в пространстве аргументовT,P,C (фигуративной точке T′,P1,C′)соответствует гомогенное или гетерогенное равновесное состояние. При движении фигуративной точки в пространстве(T,P,C)физические характеристики изменяются непрерывном образом, но при переходе к другому гомогенному или гетерогенному состоянию происходит резкое изменение ряда физических величин. Попринципу соответствиякаждому равновесному состоянию (гомогенному или гетерогенному) в пространстве аргументов функции состояния может быть сопоставлен некоторый геометрический образ: точка, линия, некоторая поверхность или замкнутая область. Совокупность таких геометрических образов, с каждым из которых взаимно однозначно связывается определенный тип равновесного состояния, и образует диаграмму состояния в пространстве аргументов функции состояния. Функция состояния при этом не обязательно должна быть свободной энергией Гиббса. Это может быть любая функция состояния со своими характеристическими переменными. К настоящему времени накоплен огромный экспериментальный материал по диаграммам состояния различных систем. Умение использовать его и прогнозировать вид диаграмм состояния для неисследованных систем совершенно необходимо для специалиста, занимающегося материаловедческими проблемами.

В первой части пособия кратко вводятся термодинамические понятия, необходимые для понимания диаграмм состояния.

Во втором разделе подробно рассматривается статистическая модель, позволяющая построить термодинамический потенциал Гиббса в приближении регулярных растворов с бесконечным радиусом взаимодействия частиц в системе. В этом варианте получается чрезвычайно гибкая модель, позволяющая получать огромное количество типов диаграмм состояния.

В третьей части рассматриваются методы построения диаграмм состояния. Эти методы являются различными вариантами метода термодинамических потенциалов: метод конод и метод прямой минимизации термодинамического потенциала для механической смеси фаз. Последний метод пока не получил широкого распространения, но развитие вычислительной техники сделало его более перспективным в сравнении с широко используемым в прошлом подходом - методом конод.

Соседние файлы в папке Источники