Термодинамика агрегатных (фазовых) превращений. Процессы фазовых превращений.

Фазой называется одно тело или группа тел, имеющих одинаковый состав и структуру в любой точке и отделенных границей раздела от других фаз.

Агрегатное (фазовое) превращение — переход вещества из одной фазы в другую.

Фазовые превращения:

- Плавление (обратный - кристаллизация)

- Испарение (конденсация)

- Сублимация или возгонка (конденсация)

- Переход из одной кристаллической модификации в другую (графит - алмаз)

Процессы фазовых превращений индивидуальных веществ являются изотермическими.

Основным уравнением, описывающим фазовые переходы, является уравнение Клапейрона-Клаузиуса:

*Из условия равновесия фаз можно получить зависимость давления в равновесной системе от температуры. Если говорить о равновесии жидкость — пар, то под давлением понимают давление насыщенных паров, а зависимость P = P (T) называется кривой испарения.

Из условия равенства химических потенциалов следует условие равенства удельных термодинамических потенциалов:

• , где , G_i — потенциал Гиббса i-й фазы, m_i — её масса.

Отсюда:

• , а значит,

• , где v ₁ и s ₁ — удельные объем и энтропия фаз. Отсюда следует, что

• , и окончательно ,

где q — удельная теплота фазового перехода (например, удельная теплота плавления или удельная теплота испарения).

Последнее уравнение называется уравнением Клапейрона — Клаузиуса.

Фазовый переход, фазовое превращение, в широком смысле – переход вещества из одной фазы в другую при изменении внешних условий – температуры, давления, магнитного и электрического полей и т.д.; в узком смысле – скачкообразное изменение физических свойств при непрерывном изменении внешних параметров.

Различают Ф. п. двух родов. При Ф. п. первого рода скачком меняются такие термодинамические характеристики вещества, как плотность, концентрация компонент; в единице массы выделяется или поглощается вполне определённое количество теплоты, носящее название теплоты перехода. При Ф. п. второго рода некоторая физическая величина, равная нулю с одной стороны от точки перехода, постепенно растет (от нуля) при удалении от точки перехода в другую сторону. При этом плотность и концентрации изменяются непрерывно, теплота не выделяется и не поглощается.

Ф. п. – широко распространённое в природе явление. К Ф. п. 1 рода относятся: испарение и конденсация, плавление и затвердевание, сублимация и конденсация в твёрдую фазу, некоторые структурные переходы в твёрдых телах, например образование мартенсита в сплаве железо – углерод.