Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
476 ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ [ГЛ X
Иногда после суровой зимы при потеплении наблюдались «эпидемии» оловянной чумы. Такое явление произошло, например, в кон це прошлого века в Петербурге. На одном из складов военного обмундирования находился большой запас солдатских пуговиц, которые в то время изготовлялись из белого олова. Склад не отапливался, пуговицы «простудились» и «заболели оловянной чумой». Сначала слегка потемнели несколько пуговиц. Пуговицы быстро теряли блеск и через несколько дней рассыпались в порошок. «Заболевшие» пуговицы «заражали» своих соседей из белого олова. Болезнь распространялась быстро, как чума. В несколько дней горы блестящих оловянных пуговиц превратились в бесформенную кучу серого порошка.
Оловянная чума явилась одной из основных причин гибели антарктической экспедиции Роберта Скотта (1868—1912): разрушились банки с горючим, полярники остались без горячей пищи. Достигнув южного полюса, они уже не смогли вернуться на свою базу.
При прохождении через перегретую жидкость ионизующей частицы вдоль ее траектории образуются мельчайшие пузырьки пара. Те из пузырьков, радиус которых больше «критического радиуса» RKp, быстро вырастают до видимых размеров, а пузырьки меньших размеров захлопываются силами поверхностного натяжения. Определить Ркр для жидкого пропана (СзН8), если в камере он находится под давлением Рж = 5 атм и температуре Т = 328 К- Давление насыщенного пара пропана при этой температуре Рп = 15 атм, поверхностное натяжение пропана 0= 4,46 дин-смг-1.
2о
Ответ. ркр=—----------р—=9-10 7 см. Легко показать, что в рассматрива-
*П * Ж
емой задаче влияние кривизны поверхности пузырька на давление насыщенного пара несущественно.
1. Каждое фазовое превращение сопровождается скачкообразными изменениями каких-то величин, характеризующих свойства вещества. Удельный термодинамический потенциал ф (Т, Р) остается непрерывным при любых превращениях (см. § 112). Однако его производные могут испытывать разрыв непрерывности. Фазовые превращения, при которых первые производные функции ф (Т, Р) меняются скачкообразно, называются фазовыми превращениями первого рода. Фазовые превращения, при которых первые производные той же функции остаются непрерывными, а вторые производные меняются скачкообразно, называются фазовыми превращениями второго рода.
Рассмотрим сначала фазовые превращения первого рода. Так
ЗАДАЧА
§ 120. Фазовые превращения второго рода
как
(120.1)
$ 120]
ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ВТОРОГО РОДА
477
то такие превращения характеризуются скачкообразными изменениями либо удельной энтропии s, либо удельного объема V, либо обеих этих величин вместе. Скачкообразное изменение удельной энтропии означает, что фазовое превращение сопровождается выделением или поглощением тепла (например, теплоты плавления, парообразования или возгонки). Количество тепла q, которое надо сообщить единице массы вещества, чтобы квазистатически перевести ее из состояния 1 в состояние 2, определяется выра-
Все фазовые превращения, которые мы рассматривали до сих пор (плавление, испарение, возгонка, кристаллизация), сопровождаются выделением или поглощением тепла, а потому они относятся к фазовым превращениям первого рода.
Рассмотрим теперь фазовые превращения второго рода. Из формул (120.1) следует, что при таких превращениях величины s и v остаются непрерывными. Это означает, что фазовые превращения второго рода не сопровождаются выделением или поглощением тепла, а также изменением удельного объема вещества. При фазовых превращениях второго рода претерпевают разрыв все или некоторые вторые производные удельного термодинамического потенциала. Для каждой фазы эти производные непрерывны и могут быть представлены в виде
Они претерпевают разрыв лишь при фазовых превращениях. Из этих формул видно, что фазовые превращения второго рода сопровождаются скачкообразными изменениями одной или нескольких из следующих величин: I) удельной теплоемкости ср, 2) коэф-
2. К фазовым превращениям второго рода относится, например, превращение железа, никеля, кобальта или какого-либо магнитного сплава из ферромагнитного состояния в парамагнитное. Оно происходит при нагревании материала при определенной температуре, называемой точкой Кюри. Аналогичные фазовые превращения, при которых меняются диэлектрические свойства вещества, испытывает при нагревании и охлаждении сегнетова соль и многие другие сегнетоэлектрики. Температура превращения здесь
°р Т •
с^ф___ (dv\
дР* \дР)т’
фициента теплового расширения коэффициента сжатия вещества
изотермического
478
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ [ГЛ. X
также называется точкой Кюри. Фазовые превращения второго рода испытывают многие металлы и сплавы при переходе в сверхпроводящее состояние. Этот процесс происходит при температурах, близких к абсолютному нулю, и характеризуется скачкообразным уменьшением электрического сопротивления до нуля. Явление называется сверхпроводимостью. Все эти явления будут рассмотрены в учении об электричестве.
Замечательным примером фазового превращения второго рода является превращение обыкновенного жидкого гелия (так называемого гелия I) в другую жидкую модификацию, называемую гелием II. Диаграмма состояний гелия представлена на рис. 139.
