Vật lý đại cương - Khí thực và chuyển pha phần 2 pptx

Đ4. Sự chuyển pha
1. Khái niệm về chuyển pha:
Chuyển pha: Quá trình biến đổi
hệ từ pha ny sang pha khác. Hơi -
> Lỏng ->Rắn
H
2
O
H
2
O hơi
2 pha
ĐN: Pha l tập hợp các phần vĩ mô
đồng tính (cùng tính chất) cùng tồn tại
trong một hệ nhiệt động.
2 pha
Không xảy ra đối với khí lý tởng
ứng dụng:
c Lm lạnh, nén khí ở nhiệt độ phù hợp với hiệu
ứng dơng v cho giãn nở trong các ống kín.
Hoá lỏng khí ở T&p phù hợp.
Chuyển pha loại I: Thuận nghịch, có hấp thụ
hoặc toả nhiệt, V v S thay đổi đột ngột: Đạo
hm bậc nhất của các hm nhiệt động thay đổi
đột ngột.
Chuyển pha loại II: V,U,S Biến đổi liên tục
không có nội ma sát: Kim loại Siêu dẫn:
Đạo hm bậc hai của các hm nhiệt động thay
đổi đột ngột:
p
2

p
)TC
2
T
G
(


=
Tp
)
p
G
()S


=


= V v
T
G
(
T
T
nc
t(s)
loại I

N

S
B
ac
B
a
loại II

T
G
(
p
)S
∂
∂
=
p
2
p
)TC
2
T
G
(
∂
∂
−=
T
)
p

G
(
∂
∂
=V
ChuyÓn pha
lo¹i II
TT
1
S
TT
1
S
TT
1
C
p
TT
1
C
p
TT
1
V
TT
1
V
ChuyÓn pha lo¹i I
2. điều kiện cân bằng pha. Phơng trình
Clapeyron-Clausius

p
a. Điều kiện cân bằng 2 pha: Chuyển
pha xảy ra ở nhiệt độ v áp suất xác
định -> đờng cân bằng giữa 2 pha: *
T
1
=T
2
; p
1
=p
2
. * dG=0
phaI
phaII
T
0dndndG
0dnSdTVdpdG
2211
2
1i
ii
=+=
=+=

=
=>Số hạt hai pha n
1
+n
2

=n=const
=>dn= dn
1
+dn
2
=0
)T,p()T,p(
21

=

b. §iÒu kiÖn c©n b»ng 3 pha:
T
1
=T
2
=T
3
; p
1
=p
2
=p
3
; μ
1
=μ
2
= μ
3

);T,p()T,p(
);T,p()T,p(
31
21
μ=μ
μ=μ
p
T
R
T =T
c
: LK,RK vμ RL lo¹i I kh«ng liªn tôc.
T>T
c
: chuyÓn pha LK liªn tôc,
T<T
c
: chuyÓn pha RK liªn tôc.
M §iÓm
chËp 3
Tr¹ng th¸i Tíi h¹n
K
L
M
T
c
c. Sè pha trong hÖ nhiÒu cÊu tö:
Gäi N lμ sè nguyªn/ph©n tö cña cÊu tö k trong
pha i. Nång ®é cña pha thø i lμ:
∑

=
k
)k(
i
)k(
i
)k(
i
N
N
C
k=1,2,3 n cÊu tö
i=1, 2,3, r pha
p
2
p
1
2. phơng trình Clapeyron-Clausius:
Xác định sự phụ thuộc của nhiệt độ
chuyển pha vo áp suất
Xét chu trình Carnot với chất lỏng v hơi bão
ho của nó: p=const -> T= const
1C
k
)k(
i
=

Suy ra có (n-1)r nồng độ độc lập.
Số thông số độc lập (biến) của hệ l

(n-1)r+2 (số 2 l của p,T)
Số phơng trình cân bằng l (r-1)n:
Qui tắc pha của Gibbs (n-1)r+2 (r-1)n (số biến
số phơng trình), hay:
r n+2
)T,p( )T,p()T,p(
)k(
n
)k(
2
)k(
1
===
p Q
1
p
1
1 T
1
2
p
2
4 T
2
3
V
1
V
4
V

2
V
3
V
C«ng nÐn 34: A
2
=-p
2
(V
4
-V
3
)=-p
2
(V
1
-V
2
)
C«ng c¶ chu tr×nh: A’=A
1
+A
2
=(p
1
-p
2
)(V
1
-V

2
)
(C«ng gi·n, nÐn ®o¹n nhiÖt 23,41:
δA
23
≈δA
41
≈0; δU≈0)
1
2121
1
21
1
21
1
Q
)VV)(pp(
T
)pp(
dP
dT
T
TT
Q
'A
−
−
=
−
=

−
==η
)
2
p
1
p(
dp
dT
2
T
1
T −=−
dV
V
Δ
Vïng b·o hoμ khÝ thùc
T
1
=T
2
+dT
p
1
=p
2
+dp
C«ng gi·n ®¼ng nhiÖt 12:
A
1

=p
1
(V
1
-V
2
)
V
Q
T
dP
dT
1
1
=
Nhiệt độ chuyển pha T>0
ẩn nhiệt Q>0: nhiệttoảrahoặcthu
vo trong quá trình chuyển pha
Kết luận: Nhiệt độ chuyển pha tỷ lệ với áp
suất.
ứng dụng: trong nồi hơi, nồi áp suất, P cao nhiệt
độ sôi cao ( đến 200
o
C)
Trên núi cao P thấp, nớc sôi dới 100
o
C
V~
dP
dT

V
Q
T
dP
dT
=