Fázová rovnováha. Pravidlo fáze Gibbs

V dnešní době se fyzika stala velmi běžnou vědou. V doslovném smyslu je přítomna všude. Nejzákladnější příklad: ve vašem dvoře roste jabloň a na něm se zpívá ovoce, přijde čas a jablka začnou padat, ale na jakém směru padnou? Díky právu univerzální gravitace naše ovoce padá na zem, to znamená, že jde dolů, ale ne nahoru. Jednalo se o jeden z nejznámějších příkladů fyziky, ale věnujme pozornost termodynamice a přesněji fázové rovnováze, které nejsou v našem životě vůbec důležité.

Termodynamika

Nejprve se podívejme na tento termín. Theta-epsilon-rho-mu-Omicron-delta-ypsilon-nu-alfa-mu-iota-kappa-ή- takže vypadá jako slova v řeckém jazyce. První část Theta-epsilon-rho-mu-o znamená "teplo" a druhé delta-ypsilon-nu-alfa-mu-jota-kappa-ή- «síla“. Termodynamika - odvětví fyziky, která studuje vlastnosti makroskopického systému, jakož i různé způsoby pro konverzi a přenos energie. V této části jsou specificky zkoumá různé stavy a procesy, aby zajistily, že v popisu bylo možné zavést pojem teploty (to je fyzikální veličina, která charakterizuje termodynamického systému a měří se za použití určitých nástrojů). Všechny způsoby popsané v termodynamických systémů tak mikroskopické množství (tlaku a teploty, jakož i koncentrace složek).

Clapeyronova-Clausovská rovnice

Každý fyzik zná tuto rovnici, ale pojďme ji analyzovat částečně. Jedná se o rovnovážný proces přechodu určité látky z jedné fáze na druhou. To lze jasně vidět v takových příkladech: tavení, odpařování, sublimace (jeden ze způsobů zachování produktů, který prochází úplným odstraněním vlhkosti). Vzorec jasně ukazuje, které procesy probíhají:

• n = PV / RT;
• kde T je teplota látky;
• P-tlak;
• R je specifické teplo fázového přechodu;
• V je změna ve specifickém objemu.

Historie rovnice

Clapeyron-Clausův rovnice je vynikající matematické vysvětlení druhého zákona termodynamiky. Také označováno jako "nerovnost Clausius". Samozřejmě věta byla vyvinuta samotným vědcem, který chtěl vysvětlit vztah mezi tepelným tokem v systému a entropií, stejně jako jeho prostředím. Tato rovnice Clausius se vyvíjel ve snaze vysvětlit entropii a určit ji v množstvích. V doslovném smyslu nám teorém umožňuje určit, zda je cyklický proces reverzibilní nebo nevratný. Tato nerovnost nám nabízí kvantitativní vzorec pro pochopení druhého zákona.

Vědec byl jedním z prvních, kdo pracoval na myšlence entropie, a dokonce dal tomuto procesu jméno. To, co je nyní známé jako Clausův věta, bylo poprvé vydáno v roce 1862 v Rudolfově šestém díle "O použití rovnice věty o transformacích pro práci v interiéru". Vědec se pokusil ukázat proporcionální vztah mezi entropií a tokem energie vytápěním (delta- Q) v systému. Při konstrukci může být tato tepelná energie přeměněna na práci a může být přeměněna na teplo cyklickým procesem. Rudolph dokázal, že "algebraický součet všech transformací vyskytujících se v cyklickém procesu může být menší než nula nebo v extrémních případech nula."

Uzavřený izolovaný systém

Izolovaný systém je jedna z následujících:

1. Fyzický systém je daleko od ostatních, které s nimi neporušují.
2. Termodynamický systém je uzavřen pevnými pevnými stěnami, kterými nemůže procházet ani materiál, ani energie.

Navzdory skutečnosti, že se subjekt vnitřně týká vlastní gravitace, izolovaný systém se obvykle odebírá mimo hranice vnějších gravitačních a jiných vzdálených sil.

To může být porovnáno s tím, že (v obecnějším terminologii používané v termodynamice) je uzavřený systém, selektivní samčí stěny, přes který může přenášet energii ve formě tepla nebo práce, ale nevadí. A s otevřeným systémem, ve kterém hmota a energie vstupuje či opouští, i když to může být celá řada neproniknutelné zdi v částech jejích hranic.

Izolovaný systém se řídí ochranným zákonem. Nejčastěji v termodynamice, hmotě a energii jsou považovány za samostatné pojmy.

Termodynamické přechody

K pochopení přechodů kvantové fáze je užitečné je porovnávat s klasickými transformacemi (také nazývanými termické obrácení). CPT popisuje návratový bod v termodynamických vlastnostech systému. Označuje reorganizaci částic. Typickým příkladem je přechod vody z mrazu, který popisuje hladkou transformaci mezi kapalinou a pevnou látkou. Klasické fázové výkyvy jsou způsobeny konkurencí mezi energií systému a entropií jeho tepelných výkyvů.

Klasický systém nemá žádnou entropii při nulové teplotě a v důsledku toho nemůže dojít k fázové transformaci. Jejich pořadí je určeno prvním diskontinuálním derivátem termodynamického potenciálu. A samozřejmě má první objednávku. Fázové transformace z feromagnetu na paramagnet jsou kontinuální a mají druhý řádek. Tyto konstantní změny z uspořádané do neuspořádané fáze jsou popsány parametrem příkazu, který je nulový. U výše uvedené feromagnetické transformace bude parametrem pořadí celková magnetizace systému.

Potenciál Gibbs

Gibbsova volná energie - to maksimalnoekolichestvo práce bez prodloužení, která může být odstraněna z termodynamicky uzavřeném systému (který může výměny tepla a práce s životním prostředím). Takový maximální výsledek může být dosažen pouze v úplně reverzibilním procesu. Je-li systém inverzně transformovaná z prvního stavu do druhého, snížení Gibbsovy volné energie se rovná provádí systému v jeho prostředí, méně práce tlakových sil.

Stavy rovnováhy

Termodynamická a mechanická rovnováha je axiomatická koncepce termodynamiky. Jedná se o vnitřní stav jednoho nebo více systémů, které jsou spojeny více či méně propustnými nebo nepropustnými stěnami. V tomto stavu neexistují čisté makroskopické toky z hmoty nebo energie, ať už uvnitř systému nebo mezi systémy.

Ve své vlastní koncepci stavu vnitřní rovnováhy nedochází k makroskopické změně. Systémy jsou současně umístěny ve vzájemných tepelných, mechanických, chemických (konstantách), rovnovážných rovnovázích. Mohou být v jedné formě. V tomto procesu jsou všechny druhy okamžitě uloženy a nekonečné množství času, dokud není fyzická operace přerušena. Absolutně přesné vyvážené výměny probíhají v makroskopické rovnováze. Výše uvedený důkaz je fyzickým vysvětlením tohoto konceptu.

Základy

Každý zákon, věta, vzorec má svůj základ. Pojďme analyzovat 3 základní fáze rovnováhy.

• Fáze je forma hmoty, homogenní v chemickém složení, fyzickém stavu a mechanické rovnováze. Typické fáze jsou pevné, kapalné a plynné. Dvě nemísitelné kapaliny (nebo kapalné směsi s různými složeními) oddělené oddělenými hranicemi jsou považovány za dvě různé fáze a nemísitelné pevné částice.
• Počet komponent (C) je počet chemicky nezávislých komponent systému. Minimální počet nezávislých druhů nutných k určení složení všech fází systému.
• Počet stupňů svobody (F) v tomto kontextu je počet intenzivních proměnných, které nezávisí na sobě.

Klasifikace fázovou rovnováhou

• Reakce kontinuálního čistého přenosu (často nazývané reakce v pevné fázi) se vyskytují mezi pevnými látkami různého složení. Ty mohou zahrnovat prvky, které nalezneme v kapalinách (H, C), avšak tyto prvky jsou zachovány v pevné fázi, aby se reakční složky nebo produkty nezahrnují kapalné fáze (H₂O, CO₂). Pevné reakce čistého přenosu mohou být kontinuální nebo přerušované, stejně jako koncové.
• Polymorfní jsou speciální typ reakce v pevné fázi, která zahrnuje fáze s identickým složením. Klasické příklady jsou reakce mezi aluminosilikátů, sillimanit, kyanit, andalusit, přeměna diamantu na grafit při vysokém tlaku a sladit uhličitanu vápenatého.

Zákony rovnováhy

Factory Gibbs byl požádán, aby rozhodl Josiah Willard Gibbs, ve svém slavném článku s názvem „Rovnováha cizorodých látek“, který je publikován v letech 1875 až 1878. Vztahuje se na nereaktivních vícesložkových heterogenními systémy v termodynamické rovnováze je dána rovnicí:

• F = C-P + 2;
• kde F - počet stupňů volnosti;
• C - počet součástí;
• P - počet fází v termodynamické rovnováze mezi sebou.

Počet stupňů svobody je počet neobsazených intenzivních proměnných. Největší počet termodynamické parametry, jako je teplota nebo tlak, které se mohou lišit současně a libovolně, aniž by se navzájem ovlivňovaly. Příklad jednokomponentního systému je systém s jednou čistou chemickou látkou a dvoukomponentní systémy, jako jsou směsi vody a ethanolu, mají dvě nezávislé složky. Typické fázové přechody (fázová rovnováha) jsou pevné látky, kapaliny, plyny.

Pravidlo fáze při konstantním tlaku

Pro aplikace v materiálovém výzkumu týkajícího se fázové změny mezi pevných těles, je často konstantní tlak (například, jedna atmosféra) se ignoruje, a stupeň volnosti, takže se stává pravidlo: F = C - P + 1.

Někdy zadat tento vzorec zvané „pravidlo se kondenzované fáze“, ale jak víme, že se nevztahuje na tyto systémy, které jsou vystaveny vysokým tlakům (např geologie), neboť účinky těchto vlivů může způsobit katastrofální následky.

Mohlo by se zdát, že fázové rovnováhy - jen prázdné fráze, a malý k žádné fyzikálních procesů tentokrát, ale jak jsme viděli, aniž by mu řada právních předpisů, nejsou známe, takže musíme trochu obeznámeni s nimi jedinečné, barevné, i když Chut mírně nudné pravidla. Tato znalost pomohla mnoha lidem. Naučili se, jak je aplikovat na sebe, jako elektrikáře, zná pravidla fází může chránit před zbytečným rizikem.