8.10. Фазові перетворення

На представленій на Мал.71 фазовій діаграмі зображені процеси можливих фазових перетворень при зміні температури речовини. При підвищенні температури твердого тіла, відбуваються фазові перетворення 12: кристал із твердої фази перетворюється у тверде тіло з іншою фазоюі далі в рідину Р процес плавлення, а рідина в газ Г  процес випаровування. При пониженні температури відбувається зворотній процес 21: газ конденсується в рідину, а рідина кристалізується у тверде тіло. Процес плавлення (кристалізації) відбувається при сталій температурі рівній температурі плавлення, а конденсація  при температурі рівній температурі кипіння. Крім указаного існує процес 34 сухого випаровування (сублімації) твердого тіла без переходу його в рідину. У твердих тілах, рівно як і у рідинах, є деяке число молекул, теплова енергія яких достатня для подолання тяжіння до інших молекул і які здатні відірватися від поверхні твердого тіла чи рідини і перейти в навколишній простір. Цей процес для твердих тіл — називається сублімацією. Для більшості твердих тіл процес сублімації при звичайних температурах незначний і тиск пари над поверхнею твердого тіла малий. Інтенсивно сублімують такі речовини, як нафталін, камфора, що виявляється по різкому, властивому їм запаху. Особливо інтенсивно сублімація відбувається у вакуумі — цим користуються для виготовлення дзеркал. Відомий приклад сублімації льоду — мокра білизна висихає на морозі.

На діаграмі P Т стан речовини розділяється кривими фазової рівноваги, які пересікаються в одній точці . Ця точка називається потрійною. В точці речовина знаходиться в рівновазі одночасно у твердій, рідинній та газовій фазі. Криваназивається кривою сублімації, криваназивається кривою плавлення, криваназивається кривою фазового переходу, криваназивається кривою випаровування, яка закінчується в точці К, що визначається критичною температурою. Завдяки існуванню критичної точки К можливий неперервний перехід рідини у газ 5-6. Крива плавлення не має кінцевої точки, як це є у кривої випаровування. Розглянуті переходи відбуваються з виділенням чи поглинанням тепла і називаються фазовими переходами.

На діаграмі показані фазові стани речовини, які співпадають власне з агрегатними станами. Проте існують різні модифікації твердого тіла, що мають різні симетрії. Такі стани мають один агрегатний стан  наприклад, тверде тіло, але різні фази. Переходи твердого тіла або рідини з одної фазової модифікації, наприклад, віз зміною внутрішньої симетрії називаються фазовими переходами 2-го роду. Вони відбуваються без поглинання чи виділення тепла.

8.11. Контрольні питання

1. Які гази називають реальними.

2. Представте ізотерми реальних газів на P-V діаграмі.

3. Опишіть критичний стан на діаграмі P-V.

4. Визначте поняття пару.

5. Визначте поняття насиченого пару.

6. Який фізичний зміст має критична опалесценція?

7. Опишіть рівняння Ван - дер - Ваальса.

8. Представте на P-V діаграмі ізотерми Ван - дер - Ваальса.

9. Визначте зв'язок сталих Ван - дер - Ваальса та критичних араметрів.

10. Виведіть величину внутрішньої енергії реального газу.

11. Опишіть фізичні властивості рідини.

12. Визначте ближній порядок та час релаксації рідини.

13. Введіть поняття потенціальної енергії поверхневого натягу рідини.

14. Введіть поняття сили поверхневого натягу рідини.

15. Охарактеризуйте процес змочування рідини.

16. Визначте крайовий кут змочування рідини.

17. Скривлення поверхневого шару рідини та рівняння Лапласа для додаткового тиску.

18. Виведіть висоту підйому рівня рідини в капілярі.

19. Опишіть процес кипіння рідини.

20. Опишіть об'ємне розширення рідини.

21. Опишіть процес випаровування рідини.

22. Дайте поняття абсолютної та відносної вологості повітря.

23. Точка роси.

24. Запишіть розподіл швидкості рідини у циліндрі.

25. Виведіть формулу Пуазейля.

26. Запишіть формулу Стокса.

27. Опишіть фізичні властивості твердого тіла.

28. Кристали та монокристали.

29. Аморфні тіла.

30. Опишіть кристалічну решітку.

31. Дайте поняття елементарної комірки.

32. Дайте поняття примітивно комірки.

33. Що являють собою атомні кристали?

34. Що являють собою металічні кристали?

35. Що являють собою молекулярні кристали?

36. Класична теорія теплоємності кристалів.

37. Правило Дюлонга - Пті

38. Визначте поняття фазових переходів І та ІІ родів.

39. Що означає потрійна точка фазових переходів?

40. Опишіть криву сублімації.

41. Опишіть криву плавлення.

42. Опишіть криву випаровування.