Студопедия — Общие соображения
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Общие соображения






 

При уменьшении температуры и увеличении давления вещества испытывают скачкообразные изменения агрегатного состояния, переходя из газообразного состояния в жидкое, а затем из жидкого в твердое. При изменении параметров в противоположном направлении происходит обратный переход: из твердого состояния в жидкое и газообразное. С этими переходами связано поглощение или выделение определенного количества теплоты – скрытой теплоты перехода. Изменение агрегатного состояния вещества – пример фазовых переходов.

Фазой называется физически однородная часть системы, отличающаяся своими физическими свойствами от других ее частей и отделяющаяся от них четко выраженной границей. Переход из одной фазы в другую называется фазовым превращением, или фазовым переходом.

Фаза и агрегатное состояние вещества – разные понятия. Различают твердое, жидкое, газообразное и плазменное агрегатные состояния. Фаз же может быть много: возможны различные кристаллические модификации одного вещества. Твердый углерод может существовать в виде графита и алмаза. Обе эти фазы отличаются друг от друга кристаллической структурой. При сильном ударном сжатии из графита получают алмазы. Существуют четыре разновидности железа: α-, β-, γ- и δ-железо. Превращение α-железа в γ-железо и обратное превращение можно наблюдать в следующем опыте.

Берется длинная горизонтально натянутая железная проволока, один конец которой неподвижно закреплен, а другой перекинут через неподвижный блок. К свободному концу подвешен груз. К блоку прикреплена стрелка, которая поворачивается при удлинении или укорочении проволоки. Проволока нагревается электрическим током до красного каления. При этом α-железо превращается в γ-железо. Это превращение заметить трудно. Легче наблюдать обратный переход. При остывании проволока укорачивается. Но в некоторый момент она внезапно удлиняется. Это момент превращения γ-железа в α-железо. При этом проволока на мгновение начинает светиться ярче за счет выделения скрытой теплоты перехода. Это примеры фазовых переходов с изменением кристаллической структуры (но без изменения агрегатного состояния вещества).

Другим примером фазового перехода, не связанным с изменением агрегатного состояния, является переход в металлах во внешнем магнитном поле из обычного состояния в сверхпроводящее.

В приведенных примерах имеют место фазовые переходы первого рода, при которых скачком изменяется молярный объем и поглощается или выделяется теплота, т. е. терпят разрыв производные от термодинамического потенциала Гиббса:

 

G / ¶ p) T = V, (¶ G / ¶ T) p = – S.

 

Помимо этих превращений в природе встречаются переходы, не связанные с поглощением или выделением теплоты и резким изменением объема. Они проявляются в скачкообразном изменении теплоемкостей и других термодинамических коэффициентов.

Переходы, при которых первые производные от термодинамического потенцила Гиббса (или химического потенциала) остаются непрерывными, а вторые испытывают скачки, называются фазовыми переходами второго рода.

К этим переходам относится изменение симметрии кристаллической решетки, происходящее без изменения плотности и при отсутствии теплоты перехода. В качестве примера можно указать на фазовый переход в твердом сплаве CuZn. Этот сплав имеет кубическую форму решетки с центрированными гранями. При высокой температуре распределение атомов Cu и Zn в решетке хаотическое. Если медленно охлаждать сплав, то при некоторой температуре это хаотическое распределение атомов внезапно перестраивается: атомы Cu оказываются преимущественно в центрах граней, а атомы Zn – в вершинах куба. Резкий переход кристалла из неупорядоченного в частично упорядоченное состояние сопровождается изменением симметрии кристалла. Но с этой перестройкой не связано сколько-нибудь заметное изменение плотности сплава, не происходит тепловыделение.

Примером фазового перехода второго рода может служить превращение железа, никеля и других металлов и магнитных сплавов из ферромагнитного состояния в парамагнитное. У ферромагнетиков, в отличие от парамагнетиков, взаимодействие магнитных моментов атомов значительное; возникающее внутреннее поле оказывает на них ориентирующее воздействие, в результате чего ферромагнетики могут обладать намагниченностью и в отсутствие внешнего поля. При высоких температурах тепловое движение разрушает ориентацию магнитных моментов. Фазовый переход происходит при так называемой температуре Кюри.

Аналогичные превращения испытывают при нагревании и охлаждении сегнетова соль и другие сегнетоэлектрики. У них меняются диэлектрические свойства. Поляризация сегнетоэлектриков при температурах ниже точки Кюри оказывается отличной от нуля и в отсутствие внешнего электрического поля. У достаточно больших кристаллов области, поляризованные различным образом, чередуются.

Фазовым переходом второго рода является переход металлов и их сплавов в сверхпроводящее состояние при низких температурах в отсутствие магнитного поля.

Обыкновенный жидкий гелий (так называемый гелий I) может превращаться в другую жидкую модификацию, называемую гелием II. Это тоже фазовый переход. Жидкий гелий II обладает удивительным свойством сверхтекучести. Явление сверхтекучести было открыто П. Л. Капицей. Оно состоит в том, что жидкий гелий II не имеет вязкости.

 







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 457. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Сравнительно-исторический метод в языкознании сравнительно-исторический метод в языкознании является одним из основных и представляет собой совокупность приёмов...

Концептуальные модели труда учителя В отечественной литературе существует несколько подходов к пониманию профессиональной деятельности учителя, которые, дополняя друг друга, расширяют психологическое представление об эффективности профессионального труда учителя...

Конституционно-правовые нормы, их особенности и виды Характеристика отрасли права немыслима без уяснения особенностей составляющих ее норм...

Основные структурные физиотерапевтические подразделения Физиотерапевтическое подразделение является одним из структурных подразделений лечебно-профилактического учреждения, которое предназначено для оказания физиотерапевтической помощи...

Почему важны муниципальные выборы? Туристическая фирма оставляет за собой право, в случае причин непреодолимого характера, вносить некоторые изменения в программу тура без уменьшения общего объема и качества услуг, в том числе предоставлять замену отеля на равнозначный...

Тема 2: Анатомо-топографическое строение полостей зубов верхней и нижней челюстей. Полость зуба — это сложная система разветвлений, имеющая разнообразную конфигурацию...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия