Chuong vi gian do trang thai

GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HỆ MỘT CẤU TỬ • Trạng thái cấu tử biểu diễn qua biến số P, T V (hoặc C - nồng độ) • Đối với hệ đơn giản, ví dụ khí lý tưởng, phụ thuộc lẫn thơng số biểu diễn phương trình gọi phương trình trạng thái Trong trường hợp chung, phương trình trạng thái khơng biết, biện pháp thực nghiệm người ta thiết lập nên phụ thuộc xây dựng thành giản đồ gọi giản đồ trạng thái Giản đồ trạng thái • Giản đồ thể tích.Ta bắt đầu khảo sát trường hợp đơn giản khí lý tưởng Phương trình trạng thái khí lý tưởng PV = RT viết dạng tổng quát: P = f(V,T) biểu thị áp suất hàm thể tích nhiệt độ Mối liên hệ biến số P, V, T xác định trạng thái hệ khí lý tưởng biểu diễn giản đồ trạng thái chiều (giản đồ thể tích) hình Hình Tương quan biến số P, V, T khí lý tưởng • Tập hợp giá trị P, V, T xác định trạng thái hệ biểu diễn điểm giản đồ (điểm biểu diễn) Khi P, V, T biến đổi điểm biểu diễn vẽ thành mặt biểu diễn trạng thái hệ mà trường hợp mặt cong Nếu ta cắt mặt cong mặt phẳng thẳng góc với trục T (T=const) vết cắt đường đẳng nhiệt có dạng hipecbơn biểu thị định luật Boyle PV = const • Đối với khí thực, đường biểu diễn P = P(V) T= const khơng cịn có dạng hypecbơn trường hợp khí lí tưởng, mà nhiệt độ thấp nhiệt độ tới hạn, đường biểu diễn có đoạn nằm ngang (P=const) ứng với q trình ngưng tụ thành lỏng Hình Các đường đẳng nhiệt V-P CO2 theo liệu thực nghiệm Hình Giản đồ trạng thái (3 chiều) CO2 hình chiếu lên mặt phẳng P-T (I), P-V(II) V-T (III) Các đường 1,2,3,4, đường đẳng nhiệt • Ví dụ đường đẳng nhiệt CO2 biểu diễn hình Ở đường đẳng nhiệt nằm vùng nhiệt độ tương đối cao, khí CO2 tồn pha pha lỏng Nếu hạ thấp nhiệt độ pha rắn xuất hiện, trạng thái hệ biểu diễn đầy đủ giản đồ thể tích hình • Nếu chiếu giản đồ thể tích lên mặt phẳng P-T T-V P-V ta thu giản đồ phẳng biểu diễn biến đổi hai biến số, biến số thứ ba giữ cố định • Hình phần hình chiếu giản đồ thể tích CO2 lên mặt phẳng P-V vùng tồn pha pha lỏng Cịn hình khảo sát hình chiếu giản đồ thể tích H2O lên mặt phằng P-T Hình Giản đồ pha (2 chiều) nước vùng áp suất trung bình • Để dễ hình dung, ta theo dõi trình nén đẳng nhiệt khí CO2 nhiệt độ kí hiệu số Từ điểm 2’ khí nén đẳng nhiệt đến thể tích ứng với điểm b’’, bắt đầu hóa lỏng, đoạn b”b’ thể tích tiếp tục giảm áp suất khơng đổi Đến b’ tồn hóa lỏng, tiếp tục nén áp suất tăng nhanh theo đường b’a” Tại a” pha lỏng bắt đầu chuyển thành pha rắn, q trình chuyển pha từ a” đến a’ thể tích giảm áp suất khơng đổi Đến a’ tồn pha lỏng kết tinh, tiếp tục nén áp suất tăng vọt Như vậy, đoạn a’a” nằm vùng dị thể gồm pha rắn pha lỏng (R+L), tương tự đoạn b’b” nằm vùng dị thể gồm pha lỏng pha (L+H) • Nếu trình nén tiến hành nhiệt độ cao điểm CO2 khơng hóa lỏng, điểm nhiệt độ ứng với trạng thái tới hạn kí hiệu chữ K Trên nhiệt độ trạng thái hệ biểu diễn mặt cong gần giống mặt cong giản đồ hình • Trái lại, q trình tiến hành nhiệt độ ứng với điểm c” bắt đầu ngưng tụ thành rắn, đoạn c”c’ thể tích giảm áp suất khơng đổi Đến c’ toàm chuyển thành rắn, tiếp tục nén áp suất tăng vọt theo đường thẳng đứng Cũng tương tự a’a” b’b”, đường c’c” nằm vùng dị thể gồm hai pha rắn (R+H) Như biểu đồ thể tích phân biệt vùng đồng thể rắn, lỏng, vùng dị thể gồm hai pha