Фазовые переходы и капиллярные явления.

1. Уравнение Ван-дер-Ваальса: ( p + a / V ² ) ( V - b ) = RT

Параметр a – характеризует силы притяжения между молекулами, b - силы отталкивания и размеры молекул.

На изотерме при Т₁ на рис. 3.2:

DD ′ – жидкое состояние вещества;

AA ′ - газообразное состояние вещества;

Рис. 3.2. Изотермы Ван-дер-Ваальса.

DFA – двухфазное состояние вещества (на данном участке осуществляется фазовый переход жидкость – газ); DC и BA- метастабильные состояния, DC – перегретая жидкость; BA- пересыщенный пар.

2. При критической температуре Т_кр_. исчезает различие между жидкостью и газом, а область фазового перехода вырождается в точку перегиба. При T > Т_кр_. – только газообразное состояние вещества.

3. Критические параметра вещества: V _кр. =3 b ; p _кр. = a / 27 b ² ; Т_кр. =8 a / 27 Rb .

4. Приведенное уравнение Ван-дер-Ваальса: ( p + 3 / w ² ) (3 w - 1) = 8 q

где p = p / p _кр ; w = V / V _кр ; q = T / T _кр .

5. Равновесие фаз достигается при равенстве потенциалов Гиббса G = U + PV - TS этих фаз (dG = Vdp – SdT ).

6. Фазовые переходы I рода сопровождаются скачком первых производных от G : ; . Поэтому такие переходы сопровождаются скачком удельного объема (плотности) и выделением (или поглощением) тепла.

7. Фазовые переходы II рода сопровождаются скачком вторых производных от G : ; ;

. Поэтому они сопровождаются скачком теплоемкости, а также коэффициентов изотермической сжимаемости и объемного расширения , при этом плотность изменяется монотонно и непрерывно, выделения или поглощения тепла не происходит. Примеры фазовых переходов II рода: парамагнетик – ферромагнетик и диэлектрик - сегнетоэлектрик, сопровождаемые появлением макроскопического магнитного момента и спонтанной поляризации у вещества; переход металлов и сплавов из нормального в сверхпроводящее состояние; переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние и т.д.

7.Фазовые переходы I рода между тремя фазами вещества: газообразным (1), жидким (2) и твердым (3) (испарение и конденсация, плавление и кристаллизация, сублимация и возгонка) описываются уравнением Клапейрона- Клаузиуса: >0; >0; ,

где q - удельная теплота фазового перехода, - удельный объем вещества.

Для фазовых переходов газ«жидкость (1«2) и газ«твердое тело (1«3) производные dp / dT положительныдля всех веществ. Для большинства веществ dp / dT >0 и при фазовых переходов жидкость«твердое тело - такие вещества называются нормальными. Однако имеются и аномальные вещества (например, вода и лед), для которых dp / dT <0, т.к для них .

8. Фазовые диаграммы – геометрическое изображение фазового состояния системы в зависимости от температуры T и давления p – рис. 3.3. Каждая точка на кривых рис. 3.3 соответствует условию равновесия между двумя фазами. Поэтому вдоль кривых вещество находится в двухфазном состоянии, вне кривых – в однофазном (S – твердом, L – жидком, G – газообразном).

ОК – кривая испарения или конденсации, заканчивается при T _кр ..

ОВ – кривая плавления или кристаллизации для нормальных веществ, ОВ′- для аномальных. Для нормальных веществ при увеличении давления температура плавления повышается, а для аномальных, наоборот, понижается.

АО – кривая возгонки или сублимации. О– тройная точка – равновесие трех фаз.

Капиллярные явления.

1. Добавочное (капиллярное) давление в жидкости под искривленной поверхностью (формула Лапласа): , где s - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, q - краевой угол смачивания, - главные радиусы кривизны.

Частные случаи: - давление Лапласа в жидкости внутри капилляра радиусом R ; - внутри пузырька или капли жидкости радиусом R ; - внутри мыльного пузырька радиусом R ; - давление Лапласа в жидкости между плоскопараллельными пластинами, находящимися на расстоянии d.

2. Высота поднятия жидкости в капилляре радиусом R:

Знак h определяется знаком .

Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 57; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!