热力学与统计物理学第三章 节 相平衡与相变.pptVIP

第三章 相平衡与相变;第三章 相平衡和相变 相：物性均匀的系统的一部分。 相变：因某状态参量如温度、压强、外磁场变化，引起该相的某些物理性质（密度、熵、热容、粘滞系数等）发生突变。 相变的本质：有序的态转变到无序的态，或相反；也就是热运动与粒子间相互作用竞争的结果。;第三章 相平衡与相变;§3.1 开放系统与相律;举例： (1) k=1，?=1，单元单相系，此情况下f=2，可以独立变化的强度量有两个，即温度和压强； (2) k=1，?=2，单元二相系，此情况下f=1，即保持两相平衡时，温度和压强中仅有一个可以独立变化，两者之间的函数关系是平衡压强公式； (3) k=1，?=3，单元三相系，此情况下f=0。即在三相点，温度和压强取固定的值，所以单元三相系最多只能有三相共存。 ;二、从判据看两相共存的条件： (1) 热平衡；(2) 力学平衡；(3) 化学平衡。 熵判据：在内能和体积不变，孤立系统平衡态的熵极大； 自由能判据：在温度和压强不变，孤立系统的自由能极小； 相平衡条件：在温度和压强不变得条件下，两相的化学势相等。;设相平衡方程的解写作：p=p(T), 由于缺乏化学 势的知识无法定出平衡方程，但可以知道两相 平衡时压强与温度曲线的斜率表达式。;设系统只有一个组元，用ν表示组元的物质的量，μ为每摩尔的化学势。;;【例3.1】对于液和气二相系统，通常将气体看成理想气体。试找出饱和蒸气压随温度的变化关系。 ;第三章 相平衡与相变;一、 液气二相的平衡与转变 从p-T图到p-V图 气相开始向液相转变。;实验等温线的获得;(2)等温线中的水平段随温度的升高而缩短，说明液、气两相的比容随温度的升高而接近; (3)当温度达到某一极限温度时，水平短的左右端重合，这时两相的比容相等，两相的其它差别也不存在; (4) ,无论处在多大的压缩下，物质都处于气态，液态不可能存在。;三、实验等温线与范氏气体等温线的比较 (1) 范氏等温线上的ON和MO’ 两线分别代表过冷蒸气和过热 液体，它们属于亚稳态； (不是稳定的平衡态) 亚稳态：①小的扰动，体系恢复原态； ②较大的扰动，原来的状态经过一个不可 逆过程而达到一个新的稳定态。 例如:1大气压水的沸点为100C;但纯净的水可以在100C以上仍以 液态存在，而不沸腾。这时, 加入一些杂质会导致过热的水沸腾。这种过热的水就是亚稳态。;(2) 范氏气体等温线中MN一段为不稳定的状态, 因为 这一段曲线的斜率 ，这与体系稳定性条件 矛盾：;(3) 范氏气体出现一个不稳定区，是任何一个物态方程均有 的共同性质。事实上， ，气液二相的可逆转变必 然经历一个双相共存的区域。 (4) p-T-V的函数关系的物态方程，它只能描写系统的一种性 质，而不能同时反映体系具有两种不同的状态：相变。 (5) 等面积法则：饱和蒸气压的数值由该法则确定。;第三章 相平衡与相变; 一、一级相变的特点 在转变点，化学势连续，化学势的一级导数突变，即 第一个等式是两相平衡条件；第二不等式表气相和液相比容不等；第三个等式表示物质由液相转变为气相的过程中，需要吸收热量。 ;二、临界点【零级相变（连续相变）】 在p-V图上温度为Tc的等温线上有一拐点C： ①气、液二相的界面消失， ; ②不同的物质有不同的 ; ③ 物质处于临界态时，内部涨落较大。;三、二级相变 化学式和化学势的一级导数在临界点连续，但比热、压缩系数等化学势的二级导数发生突变。 ;【书83页练习题】;第三章 相平衡与相变; 第三章习题课 [3.1]温度为T的长圆柱形物质处于重力场中，圆柱分成两部分，上部是液体，下部是固体。温度降低 时，发现固-液分界面上升了 ,如果忽略固体的热膨胀并设 。求出按下面各量表示的液体密度 。已知固体密度 、