Надо Знать

добавить знаний



Термодинамическая фаза



Термодинамическая фаза - термодинамически равновесное состояние вещества, отличный по своим физическим свойствам от других состояний того же вещества. Различные фазы имеют разные упаковки молекул (для кристаллических фаз, различные кристаллические решетки), и, следовательно, разные значения коэффициента сжимаемости, коэффициента теплового расширения и другие восприимчивости. Кроме того, различные фазы могут иметь различные электрические ( сегнетоэлектрики), магнитные ( ферромагнетики), и оптические свойства (например, твердый кислород).


Термодинамические фазы на фазовой диаграмме

На фазовой диаграмме вещества различные термодинамические фазы занимают определенные области. Линии, разделяющие различные термодинамические фазы, называются линиями фазового перехода. Если вещество находится в условиях, соответствующих точке внутри какой-либо области, то оно полностью находится в этой термодинамической фазе. Если же состояние вещества соответствует точке на одной из линий фазовых переходов, то вещество в термодинамическом равновесии может находиться частично в одной, а частично в другой фазе. Пропорция двух фаз определяется, как правило, полной энергией, запасенной системой. При медленной ( адиабатическом) изменении давления или температуры, вещество описывается точкой, движущейся на фазовой диаграмме. Если эта точка в своем движении пересекает одну из линий, разделяющих термодинамические фазы, происходит фазовый переход при котором физические свойства вещества меняются скачкообразно.

Не все фазы полностью отделены друг от друга линией фазового перехода. В некоторых случаях, эта линия может обрываться, заканчиваясь критической точкой. В этом случае, возможен постепенный, а не скачкообразный переход из одной фазы в другую в обход линии фазовых переходов.

Точка на фазовой диаграмме, где сходятся три линии фазовых переходов, называется тройной точкой. Обычно под тройной точкой вещества подразумевается редкий случай, когда сходятся линии плавления, кипения и сублимации, однако на достаточно богатых фазовых диаграммах может быть несколько тройных точек. Вещество тройной точке в состоянии термодинамического равновесия может частично находиться во всех трех фазах. На многомерных фазовых диаграммах (т.е. если кроме температуры и давления присутствуют другие интенсивные величины, например в смесях и сплавах) могут существовать четверные и т.д. точки. Количество фаз, которые могут сосуществовать для определенного вещества, определяется правилом фаз.


Термодинамические фазы и агрегатные состояния вещества

Набор термодинамических фаз вещества обычно значительно богаче набор агрегатных состояний, т.е. один и тот же агрегатное состояние вещества может находиться в различных термодинамических фазах. Именно поэтому описание вещества в терминах агрегатных состояний достаточно огрубленное, и оно не может различить некоторые физические разные ситуации.

Богатый набор термодинамических фаз связан, как правило, с различными вариантами порядке, которые допускаются в том или ином агрегатном состоянии.

  • В газообразном состоянии вещество совершенно не упорядочена. Как следствие, в газообразном состоянии любое вещество имеет только одну термодинамическую фазу. (Фазовые переходы типа диссоциации молекул или ионизации является, по определению, переходами одного вещества в другое).
  • Жидкость имеет ближний порядок, но, как правило, не имеет дальнего порядка. В результате в одной и той же жидкости могут быть разные термодинамические фазы, однако их количество редко превышает единицу. Так, например, существование новой жидкой фазы найдено в переоходжений воде. Другой специфический пример: сверхтекучее состояние в жидком гелии.
  • Кристаллическое твердое тело имеет как трансляционный порядок, так и ориентационный. В результате возникает большое число возможных вариантов относительной ориентации соседних молекул, которые могут оказаться энергетически выгодным при тех или иных давления и температуре. В результате твердые тела характеризуются, как правило, достаточно сложной фазовой диаграммой. Например, фазовая диаграмма такой, казалось бы, простого вещества, как лед, насчитывает менее 12 термодинамических фаз, реализуемых при различных температурах и давлениях.

См.. также


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам