ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ

В термодинамике фазой называется совокупность однородных, одинаковых по своим свойствам частей системы. Примером фаз одного и того же вещества являются пар, вода и лёд. Различные кристаллические модификации так же представляют собой фазы, например, графит и алмаз – различные твёрдые фазы углерода.

Разные фазы одного и того же вещества могут находиться в равновесии, соприкасаясь, друг с другом. Это равновесие возможно в определённом диапазоне температур. Причём каждой температуре соответствует определённое давление, при котором возможно равновесие. На диаграмме (p,T) двухфазное состояние изобразится линией. Три фазы одновременно могут находиться в равновесии только в одной единственной точке, её называют тройной точкой. Она лежит на кривых равновесия двух фаз, взятых попарно. Равновесие более, чем трёх фаз одного вещества невозможно.

Различают фазовые переходы первого и второго рода.

Характерной особенностью фазовых переходов первого рода является поглощение или выделение теплоты при их осуществлении. К фазовым переходам первого рода относятся превращения при испарении, конденсации, плавлении и кристаллизации вещества. Фазовые переходы первого рода сопровождаются поглощением или выделением теплоты, которая называется скрытой теплотой перехода.

При фазовых переходах второго рода теплота не выделяется и не поглощается, но для них характерны скачкообразные изменения теплоемкости, температурного коэффициента расширения и сжимаемости вещества. Примерами фазовых переходов второго рода являются превращение магнитного сплава из ферромагнитного состояния в парамагнитное, переход металла или сплава в сверхпроводящее состояние и переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние.

Далее речь пойдет только о фазовых переходах первого рода.

5.1. Испарение и конденсация

Как в жидкостях, так и в твердых телах всегда имеется некоторое число молекул, энергия которых достаточна для преодоления притяжения к другим молекулам и которые способны оторваться от поверхности жидкости или твердого тела и перейти в окружающее их пространство.

Переход жидкости в газообразное состояние называется испарением.

Переход твердого тела в газообразное состояние называется сублимацией.

При испарении и сублимации тело покидают наиболее быстрые молекулы, и в результате тело охлаждается. Что бы поддерживать температуру постоянной, к нему нужно непрерывно подводить тепло.