Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

Фазовая диаграмма – это графическое представление всех возможных термодинамических (в том числе и агрегатных) состояний вещества на координатной плоскости. Чаще всего для этого используют и координаты. С диаграммой мы познакомились выше. Рассмотрим диаграмму (рис.6) Равновесие между жидким и газообразным состояниями описывается кривой испарения . Равновесие между твердым и жидким состояниями изображается кривой плавления Эти две кривые пересекаются в точке , называемой тройной точкой. Через тройную точку проходит и кривая возгонки – кривая равновесия между твердой и газообразной фазами. В этой точке одновременно находятся в равновесии все три фазы вещества. Если взять воду, то лед, жидкая вода и ее пар находятся в равновесии при

и (8)

Тройная точка воды является основной точкой при построении шкал температур Кельвина и Цельсия.

Каждая из указанных на рис. 6 кривых является графиком однозначной функции зависимости давления от температуры при фазовом переходе «жидкость-пар» (линия ), «твердое тело-жидкость» (линия ) и «твердое тело–пар» (линия ). Линия , описывающая переход из жидкого состояния в газообразное, заканчивается в критической точке . Переход из одного агрегатного состояния в другое при данном давлении происходит при строго определенной температуре и наоборот. Каждая точка кривой ОК соответствует горизонтальному участку какой- то изотермы в двухфазной области (под пограничной кривой) на Р-V диаграмме на рис.2(например, точка на рис. 6 изображает процесс на рис. 2)

Диаграмма состояний позволяет судить, какие будут происходить фазовые превращения при том или ином процессе. Допустим, например, что производится нагревание при постоянном давлении. На рис.6 такой процесс изображается горизонтальной прямой Если эта прямая проходит выше тройной, но ниже критической точки, то в точке она пересечет кривую плавления. , а в точке –кривую испарения.. Значит, при нагревании твердое тело сначала расплавится (точка ), а затем жидкость испарится (точка ). Если же указанная прямая проходит ниже тройной точки, то она пересечет только кривую возгонки в некоторой точке , в которой произойдет переход из твердого в газообразное состояние (сублимация) без промежуточного (жидкого) состояния.

Важным соотношением, описывающим фазовые переходы, является уравнение Клапейрона – Клаузиуса.

(9)

где – теплота фазового перехода - удельный объем жидкости или твердого тела, - удельный объем пара, - производная от давления по температуре, взятая на кривой фазового перехода.. Так как величины для всех веществ (кроме аномальных) всегда положительны, то углы наклона всех касательных к кривым на рис.6 будут меньше 90⁰

У воды в момент фазового перехода объем жидкой фазы меньше объема твердой фазы (льда) (поэтому лед плавает).Вследствие этого из (9) следует, что величина для кривой ОС воды будет отрицательной (рис. 6)

Определив тангенс угла наклона касательной к кривым фазовых переходов на диаграмме, и используя уравнение Клапейрона-Клаузиуса, можно оценить величину теплоты соответствующего фазового перехода.