89
=
=
=
,
21
21
21
ϕϕ
pp
TT
(8.9)
т.е. чтобы в изолированной ТС не происходили фазовые переходы, необходимо равенство
температур, давлений и химических потенциалов фаз. В действительности равновесие яв-
ляется динамическим: фазовый переход имеет место, но число молекул, покинувших по-
верхность жидкости, равно числу молекул, возвратившихся из пара в жидкость.
Фазовые переходы. Правило фаз Гиббса
Рассмотрим фазовые переходы в р
-
Т
диаграмме вещества. Любое
вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: жидком, газообразном и в виде
твердого вещества, в котором при определенных физических условиях может быть не-
сколько фаз (например, железо может состоять из
α
-железа и
β
-железа).
На р
-
Т
диаграмме агрегатные состояния раз-
делены линиями фазовых переходов. АО-
линия сублимации, ОВ- линия плавления,
ОК- линия испарения. В точке О, которая
называется главной тройной точкой (для во-
ды р
тт
=610,8 Па,
t
тт
=0,01 С), вещество нахо-
дится одновременно в трех агрегатных со-
стояниях. В дальнейшем, если не будет
особо оговорено, под фазами будем пони-
мать агрегатные состояния вещества. В точ-
ке К вещество находится в критическом со-
стоянии, здесь теряется понятие жидкости и
пара (газа), так как
v
ж
=
v
п
=
v
, теплота парооб-
разования и коэффициент поверхностного
натяжения равны нулю. Если подвод теплоты при постоянном давлении осуществляется
при р
1
>р
тт
(см. рис.8.4), то вещество из твердого состояния переходит в жидкое, а затем в
газообразное, однако если р
2
<р
тт
, то при нагреве сразу происходит переход из твердого в
газообразное состояние.
Правило фаз Гиббса устанавливает зависимость степени свободы ТС (т.е. числа неза-
висимых переменных) от числа компонентов и фаз в системе:
2
rn
, (8.10)
где п- число компонентов системы,
r-
число фаз в системе.
Для чистого вещества, например, кислорода О
2
, п
=
1,
r=
1,
ψ
=2. В такой системе
можно произвольно изменять два параметра, третий же является зависимым, определяе-
мым уравнением состояния (например,
vTfp ,=
).
Для однокомпонентной системы, состоящей из двух фаз, например, воды и водяного
пара п
=
1,
r=
2,
ψ
=1. В этом случае лишь один параметр можно выбирать произвольно.
Так, энтропия и энтальпия сухого насыщенного пара, энтропия и энтальпия насыщенной
жидкости однозначно определяются только температурой (или только давлением, так как
в двухфазной области
Tfp =
).
В главной тройной точке п
=
1,
r=
3,
ψ
=0, т.е. существование вещества в таком состоя-
нии возможно только при единственном для каждого вещества сочетании температуры и
давления.
p
T
dp
dT
p
p
1
2
Рис. 8.4