Фазовые переходы вещества

Слайд 1

Слайд 2

План: Объектная область и объект работы Актуальность исследования Цель и задачи исследования Ознакомление с начальными сведениями о фазовых переходах Роды фазовых переходов Фазовое равновесие Процессы в фазовых переходах Заключение

Слайд 3

Объектная область Физика-это наука о мироздании, которая позволяет рассмотреть и познать окружающие нас процесс во всех тонкостях. «Самое прекрасное из всего, что мы можем переживать, — это непостижимое. Оно служит источником подлинных искусства и науки.»Альберт Эйнштейн.

Слайд 4

Объект исследования Для объекта исследования данной области мы рассмотрим процесс фазового перехода вещества.

Слайд 5

Актуальность темы Данная тема является интересной и актуальной тем, что в течении последних лет общеизвестно широкое применение фазовых переходов в различных областях науки и техники. Фазовые переходы можно отнести к наиболее значимым в практическом отношении способам применения физических эффектов .Это объясняется тем , что фазовые переходы : Часто применяются в патентах и практических решениях .

Слайд 6

Цель работы: Ознакомление с основными представлениями современной науки о различных видах фазовых равновесии и о физических особенностях процессов переходов вещества из одной фазы в другую.

Слайд 7

Задачи: Рассмотрение понятия фазового перехода Выявление родов фазового перехода и основные характеристики Рассмотрение фазового равновесия Установление различных процессов фазового перехода

Слайд 8

Понятие Фазового перехода 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.

Слайд 9

Роды фазовых переходов Фазовые переходы делятся на I и II роды Изменения агрегатных состояний вещества называют фазовыми переходами первого рода, если: 1)Температура постоянна во время всего перехода. 2)Меняется объем системы. 3) Меняется энтропия системы. Фазовые переходы второго рода — фазовые переходы, при которых первые производные термодинамических потенциалов по давлению и температуре изменяются непрерывно, тогда как их вторые производные испытывают скачок. Отсюда следует, в частности, что энергия и объём вещества при фазовом переходе второго рода не изменяются, но изменяются его теплоёмкость, сжимаемость, различные восприимчивости и т. д.

Слайд 10

Фазовые Фазовая диаграмма переходы с изображением первого и границы второго рода жидкой и газообразной фаз

Слайд 11

Фазовое равновесие Условие равновесия фаз можно получить из теорем термодинамики. При равновесии системы температуры и давления всех фаз ее одинаковы. Если их поддерживать постоянным, то термодинамический потенциал системы может только убывать. При равновесии он принимает минимальное значение. Пусть m 1 - масса первой, а m 2 – масса второй фазы.  1 и  2 удельные термодинамические потенциалы вещества в этих фазах. Термодинамический потенциал всей системы представляется в виде Ф = m 1  1 + m 2  2. Если  1   2 , то всякое превращение фазы 1 в фазу 2 сопровождается уменьшением Ф. Это превращение и будет происходить, пока вся фаза 1 не перейдет в более устойчивую фазу 2. Тогда система сделается однофазной, а ее термодинамический потенциал достигнет минимального значения m ­  2 . Наоборот, если  1   2 , то фаза 2 в конце концов превратиться в фазу 1. Только при условии  1­ (Р , Т) =  2 (Р, Т) (1) Фазы будет находиться в равновесии друг с другом. Таким образом, условием равновесия фаз является равенство их удельных термодинамических потенциалов.

Слайд 12

Диаграмма фазового равновесия углекислоты:

Слайд 13

Смысл условия (1) состоит в том, что при любых фазовых превращениях величина удельного термодинамического потенциала остается неизменной . Таким образом, при всех изменениях состояния вещества его удельной термодинамический потенциал всегда изменяется непрерывно

Слайд 14

Процессы в фазовых переходах Рассмотрим: Испарение и конденсация Плавление и кристаллизация Кипение и перенагревание жидкости

Слайд 15

Испарение и конденсация Переход жидкости в газообразное состояние называется испарением , переход в газообразное состояние твердого тела носит название сублимации . Тепло, которое необходимо сообщить единице массы вещества для того, чтобы превратить ее в пар, находящийся при той же температуре, какую имело вещество до испарения, называется удельной теплотой испарения . При конденсации тепло, затраченное при испарении, отдается обратно: образующаяся при конденсации жидкость нагревается . Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным . Давление, при котором наблюдается равновесие, называется давлением насыщенного пара.

Слайд 16

Испарение какой-либо жидкости Испарение некоторых видов жидкостей в диаграмме

Слайд 17

Плавление и кристаллизация Переход кристаллического тела в жидкое состояние происходит при определенной для каждого вещества температуре и требует затраты некоторого количества тепла, называемого теплотой плавления. Температура плавления зависит от давления. Таким образом, переход из кристаллического в жидкое состояние происходит при вполне определенных условиях, характеризуемых значениями давлениями и температуры. Совокупности этих значений соответствует кривая на диаграмме ( р , Т), которую принято называть кривой плавления

Слайд 18

Обратный плавлению процесс кристаллизации протекает следующим образом. При охлаждении жидкости до температуры, при которой твердая и жидкая фазы могут находиться в равновесии при данной давлении (т.е. до той же температуры, при которой происходило плавление), начинается одновременный рост кристалликов вокруг так называемых зародышей или центров кристаллизации. Разрастаясь все более, отдельные кристаллики в конце концов смыкаются друг с другом, образуя поликристаллическое твердое тело. Процесс кристаллизации сопровождается выделением такого же количества тепла, которое поглощается при плавлении.

Слайд 19

Плавление

Слайд 20

Диаграмма: Плавление- Кристаллизация

Слайд 21

Кипение и перенагревание жидкости Если жидкость в сосуде нагревать при постоянном внешнем давлении со свободной поверхности жидкости. Такой процесс парообразования называется испарением . По достижении определенной температуры, называемом температурой кипения , образование пара начинает происходить не только со свободной поверхности, растут и поднимаются на поверхность пузыри пара, увлекая за собой и саму жидкость. Процесс парообразования приобретает бурный характер. Это явление называется кипением . Перегретую воду можно получить, например, в кварцевую колбу с гладкими стенками. Колба тщательно промывать сначала серной, азотной или какой – либо другой кислотой, а затем дистиллированной водой. В промытую колбу наливается дистиллированная вода, из которой продолжительным кипячением удаляется растворенный в ней воздух. После этого воду в колбе можно нагреть на газовой горелке до температуры, значительно превышающей температуру кипения, и тем не менее она не будет кипеть, а только интенсивно испаряться со свободной поверхности. Лишь изредка на дне колбы образуется пузырек пара, который быстро растет, отделяется от дна и поднимается на поверхность жидкости, причем размеры его при поднятии сильно возрастают. Затем вода длительное время остается спокойной. Если в такую воду ввести зародыш газообразной формы, например бросить щепотку чая, то она будет бурно закипать, а ее температура быстро понижается до температуры кипения. Это эффективный опыт носит характер взрыва.

Слайд 22

Кипение Температура воды при пузырьковом кипении

Слайд 23

Заключение Эта работа дала возможность поближе узнать процессы происходящие, когда одно состояние вещества переходит в другую, какие характеристики имеет каждое из фаз и состоянии. Видя процессы вокруг нас, мы легко можем рассказать как это происходит, зная лишь основную теорию. Поэтому физика помогает нам узнать большинство законов естествознания, которые помогут нам в будущем.