Рабочая программа

дисциплины "Термодинамика фазовых равновесий"

I. Организационно-методический раздел

1. Цель курса

Целью настоящего курса является систематическое рассмотрение основ классической термодинамики, включающих общие представления о системах и законах термодинамики. Программа составлена на основе ГОС ВПО для магистерской подготовки по направлению 510400 - физика

2. Задача учебного курса

Задачей учебного курса является ознакомление студентов со следующими основами термодинамики:

1.Термодинамические системы и классификация термодинамических параметров;

2.Равговесные состояния. Термодинамические законы;

3. Термодинамические потенциалы и термодинамические ансамбли;

4. Модель регулярных растворов

5. Диаграммы состояния.

6. Многокомпонентные системы

3. Требования к уровню освоения курса

Спецкурс базируется на курсах: основы дифференциального интегрального исчисления

После изучения курса студент должен: иметь представления о принципах классической термодинамики;

• уметь использовать термодинамические потенциалы для расчета фазового равновесия в системе;

• Уметь читать диаграммы состояния многокомпонентных систем;

• иметь возможность эффективно работать с научной литературой, использующей термодинамические понятия и выполнять термодинамические расчеты.

I I. Содержание курса

Тема 1. Термодинамика как основа учения о равновесной структуре вещества и его структурных преобразований

Тема 2. .Начала термодинамики.

Положения о равновесии. Классификация равновесных состояний. Нулевое начало. Температура. Тепловое равновесие. Механическое равновесие. Первое начало. Теплота и работа. Внутренняя энергия. Второе начало. Равновесная энтропия. Произведенная энтропия при неравновесных процессах. Диссипация энергии. Третье начало. Основное термодинамическое неравенство. Термодинамические потенциалы, их первые и вторые производные. Условия термодинамического равновесия и устойчивости равновесия. Открытые системы. Вещественное равновесие. Химический потенциал.

Тема 3. .Равновесие фаз в однокомпонентной системе

Условие двухфазного равновесия. Графическое представление. Диаграммы состояния P-T. Уравнение Клаузиуса-Клайперона. Изменение термодинамических потенциалов системы и их производных при равновесном фазовом переходе. Диаграммы состояния типа P-V. Правило коноды. Равновесие в системе жидкость-газ. Трехфазное равновесие в техкомпонентной системе. Экстремальные состояния вещества.

Тема 4. Термодинамика растворов

Графическое изображение состава многокомпонентных систем. Мольные парциальные функции. Функции смешения и функции образования раствора. Свойства атермических растворов и растворов с идеальной энтропией смешения. Идеальные растворы. Равновесие и устойчивость растворов. Взаимная растворимость компонентов в жидком и твердом состоянии. Энтропия смешения твердого раствора. Энергия смешения твердого раствора. Модель регулярных твердых растворов. Мольные парциальные функции предельно разбавленных растворов.

Тема 5. Равновесие фаз в многокомпонентной системе

Условия равновесия фаз в многокомпонентной системе. Уравнения равновесия и уравнения сохранения количеств вещества компонентов. Вариантность многофазных состояний. Принципы графического представления фазовых равновесий в двухкомпонентной системе. Диаграммы равновесных состояний, принципы их графического и аналитического исследования. Основные типы диаграмм состояния двухкомпонентных систем. Диаграммы состояния типа "сигары" и с азеотропной точкой. Диаграммы состояния с промежуточными фазами. Диаграммы состояний с нерастворимостью. Фазовое расслоение растворов. Диаграммы состояния с фазовым расслоением. Метастабильные состояния на диаграммах состояния. Равновесный фазовый переход в двухкомпонентной системе, изменение термодинамических потенциалов и их производных. Равновесие фаз в трехкомпонентной системе и его графическое изображение

Тема 6. Термодинамика растворов (продолжение)

Идеальный газ. Реальные газы. Диаграмма Амаго. Слабо-неидеальные газы. Летучесть однокомпонентных веществ. Газовые растворы. Законы Дальтона и Амаго. Растворы идеальных газов. Парадокс Гиббса. Парциальная летучесть компонента реального раствора.Активность и коэффициент активности компонента. Закон Рауля для идеального раствора. Закон Рауля и Генри для предельно разбавленного раствора. Интегрирование уравнения Гиббса-Дюгема. Эмпирическая концепция регулярного раствора. Химическое равновесие. Уравнение химической реакции. Изменение термодинамических потенциалов при химической реакции. Уравнение химического равновесия. Уравнение смешения химического равновесия. Равновесие фаз как частный случай химического равновесия.

Тема 7. Термодинамика меж фазных границ

Представления о структуре межфазных границ. Метод Гиббса для плоской границы в однокомпонентной системе.Поверхностное натяжение. Выбор разделяющей поверхности. Метод Гиббса для плоской границы в многокомпонентной системе.Адсорбция. Дифференциальное уравнение адсорбции. Метод Гиббса для сферической границы. Уравнение Лапласа. Поверхность натяжения. Метод граничного слоя, его графическое представление. Уравнение изотерм адсорбции и поверхностного натяжения. Поверхностная энергия кристаллов. Равновесная форма кристаллов. Адгезионные и капилярные явления. Смачивание и растекание. "Квазитермические" методы описания межфазной границы.

Тема 8. Термодинамическая теория твердого состояния

Фазовые переходы в кристаллических телах. Изменение симметрии при фазовом переходе. Переходы типа смещения и типа упорядочения. Концентрационные волны и волны смещения. переходы первого и более высокого рода. Потенциал Ландау и его разложение по степеням порядка. Изменение термодинамического потенциала и его производных при фазовом переходе. Классификация фазовых переходов по Эренфесту.

Темы практических занятий

1. Расчет парциального давления кислорода, при котором начнется реакция окисления в твердом растворе компонента растворенного вещества.

2. Чтение диаграмм состояния бинарных систем.

III. Распределение часов курса по темам и видам работ

№ п/п	Наименование разделов и тем	Всего часов	Аудиторные занятия (час)			Самостоятельная работа
			В том числе
			Лекций	Семинары	Лабораторные занятия
1	Тема 1. Термодинамика основа учения о равновесной структуре вещества	2	2
2	Тема 2.. Начала термодинамики	10	10
3	Тема 3. Равновесие фаз в однокомпонентной системе	12	12
4	Тема 4 Термодинамика растворов	14	14
5	Тема 5 Равновесие фаз в многокомпонентной системе	14	12	2
6	Тема 6 Термодинамика растворов (продолжение)	12	10	2
7	Тема 7 Термодинамика меж фазных границ.	8	8
8	Тема 8 Термодинамическая теория твердого состояния	12	12
	Итого	84	80	4

IV. Форма итогового контроля

Зачет в шестом семестре.

Экзамен в седьмом семестре.

V. Учебно-методическое обеспечение курса

Рекомендуемая литература

1. Базаров И.П. Термодинамика. - М.: Высшая школа, 1983. - 344с.

2. Паскаль Ю.И. Термодинамика и кинетика фазовых превращений. -Томск: Изд-во ТГУ (ротапринт), 1977. - 200с.

3. Паскаль Ю.И. Термодинамический анализ диаграмм состояния двухкомпонентных систем. - Томск: Изд-во ГУ (ротапринт), 1979. - 120с.

4. Паскаль Ю.И. Борисов С.С. Химический формализм в теории фазовых превращений. - Томск. Изд-во ТГУ (ротапринт), 1980. - 200 с.

5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Часть I. - М.: 1986. - 300с.

6. Смирнов А.А. Молекулярно-кинетическая теория металлов. - М.: Металлургия, 1972. - 520с.

7. Акопян А.А. Химическая термодинамика. - М.: Высшая школа, 1963. -528с.

8. Пригожин И., Дефей Р. Химическая термодинамика. - Новосибирск: Изд-во Новосиб. Ун-та, 1967. -360с.

Составил

доцент, канд. физ.-мат. наук

Жоровков M. Ф.