45.Равновесие фаз. Фазовые переходы первого рода

Фазой называется макроскопическая физически однородная теть вещества, отделенная от остальных частей системы грани­цами раздела, так что она может быть извлечена из системы меха­ническим путем. Важнейшим вопросом является выяснение условий, при которых система, состоящая из двух или нескольких фаз, находится в равновесии. Это включает в себя механическое и тепловое равновесия. Для теплового равновесия необходимо, чтобы все фазы системы имели одну и ту же температуру. Необходи­мым условием механического равновесия является равенство дав­лений по разные стороны границы раздела соприкасающихся фаз. Равенство давлений и температур не означает, что система находится в равновесии, так как соприкасающиеся фазы могут превращаться друг в друга. Такие превращения называются фазо­выми превращениями. При фазовых превращениях одни фазы растут, другие уменьшаются и даже могут совсем исчезнуть. Состояние рав­новесия характеризуется тем, что массы всех фаз системы остаются неизменными. Следовательно, должно быть выполнено еще одно необходимое условие равновесия - равновесие по отношению к взаимным превращениям фаз. Примерами фазовых превращений могут служить изменения агрегатного состояния вещества.Вообще, фазовое равно­весие между любыми фазами 1 и 2 не есть статическое состояние, в котором полностью прекратились фазовые превращения, а харак­теризуется равенством средних скоростей двух взаимно противо­положных процессов: превращения фазы 1 в фазу 2 и обратного превращения фазы 2 в фазу. Фазовые превращения, при которых первые производные функции G(T,p) меняются скачкообразно, называются фазовыми превращениями первого рода. Фазовые переходы первого рода сопровождаются теплотой перехода. Фазовые переходы первого рода описываются уравнением Клапейрона-Клаузиуса q- удельная теплота фазового перехода, v1 и v2 – удельные объемы фазы 1 и фазы 2.

46. Термодинамика газа Ван-дер-Ваальса. Термическим уравнением состояния (или, часто, просто уравнением состояния) называется связь междудавлением,объёмомитемпературой.

Для одного моля газа Ван-дер-Ваальса оно имеет вид:

Видно, что это уравнение фактически является уравнением состояния идеального газа с двумя поправками. Поправка a учитывает силы притяжения между молекулами (давление на стенку уменьшается, т.к. есть силы, втягивающие молекулы приграничного слоя внутрь), поправка b — силы отталкивания (из общего объёма вычитаем объём, занимаемый молекулами).Для ν молей газа Ван-дер-Ваальса уравнение состояния выглядит так:

отенциальная энергия межмолекулярных сил взаимодействия вычисляется как работа, которую совершают эти силы, при разведении молекул на бесконечность:

Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса складывается из его кинетической энергии (энергии теплового движения молекул) и только что нами посчитанной потенциальной. Так, для одного моль газа:

где —молярная теплоёмкость при постоянном объёме, которая предполагается не зависящей от температуры.Критическими параметрами газа называются значения его макропараметров (давления, объёма и температуры) в критической точке, т.е. в таком состоянии, когда жидкая и газообразная фазы вещества неразличимы. Найдем эти параметры для газа Ван-дер-Ваальса, для чего преобразуем уравнение состояния:

Мы получили уравнение третьей степени относительно .

В критической точке все три корня уравнения сливаются в один, поэтому предыдущее уравнение эквивалентно следующему:

Приравняв коэффициенты при соответствующих степенях , получим равенства:

Из них вычислим значения критических параметров...

...и критического коэффициента: