Sự chuyển pha1.. Khái niệm về chuyển pha: Chuyển pha: Quá trình biến đổi hệ từ pha nμy sang pha khác.. 2 pha • Không xảy ra đối với khí lý tưởng • ứng dụng: c Lμm lạnh, nén khí ở nhiệt
Trang 1Đ4 Sự chuyển pha
1 Khái niệm về chuyển pha:
Chuyển pha: Quá trình biến đổi
hệ từ pha nμy sang pha khác Hơi
-> Lỏng >Rắn
H2O
H2O hơi
2 pha
ĐN: Pha lμ 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 tưởng
• ứng dụng:
c Lμm lạnh, nén khí ở nhiệt độ phù hợp với hiệu ứng dương vμ cho giãn nở trong các ống kín
Trang 2•Chuyển pha loại I: Thuận nghịch, có hấp thụ
hoặc toả nhiệt, V vμ S thay đổi đột ngột: Đạo
hμm bậc nhất của các hμm 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 hμm bậc hai của các hμm nhiệt động thay
đổi đột ngột:
p
2
T
G (
∂
∂
−
=
T
p
G (
)
S
∂
∂
=
∂
∂
T
G
Tnc
t (s)
loại I
ψN
ψ S
Bac Ba
loại II
Trang 3G ( )p
S
∂
∂
=
p
2
T
G (
∂
∂
−
=
T
) p
G (
∂
∂
=
V
ChuyÓn pha
lo¹i II
T
T1
S
T
T1 S
T
T1
Cp
T
T1
Cp
T
T1
V
T
T1 V
ChuyÓn pha lo¹i I
Trang 42 điều kiện cân bằng pha Phương trình
Clapeyron-Clausius
p
a Điều kiện cân bằng 2 pha: Chuyển
pha xảy ra ở nhiệt độ vμ áp suất xác
định -> đường cân bằng giữa 2 pha: *
T1=T2; p1=p2 * dG=0
phaI phaII
T
0 dn
dn dG
0 dn
SdT Vdp
dG
2 2
1 1
2
1 i
i i
= μ
+ μ
=
= μ
+
ư
=
=>Số hạt hai pha n1+n2=n=const
=>dn= dn1+dn2=0
) T , p ( )
T , p
1 = μ μ
Trang 5b Điều kiện cân bằng 3 pha:
T1=T2= T3; p1=p2=p3; μ1=μ2= μ3
);
T , p ( )
T , p
(
);
T , p ( )
T , p
(
3 1
2
1
μ
= μ
μ
= μ
p
T R
T =Tc: LK,RK vμ RL loại I không liên tục T>Tc: chuyển pha LK liên tục,
T<Tc: chuyển pha RK liên tục
chập 3
Trạng thái Tới hạn
K
L
M
Tc
c Số pha trong hệ nhiều cấu tử:
Gọi N lμ số nguyên/phân tử của cấu tử k trong
pha i Nồng độ của pha thứ i lμ:
∑
=
k
) k ( i
) k ( i )
k ( i
N
N C
k=1,2,3 n cấu tử i=1, 2,3, r pha
p2
p1
Trang 62 phương trình Clapeyron-Clausius:
Xác định sự phụ thuộc của nhiệt độ
chuyển pha vμo áp suất
Xét chu trình Carnot với chất lỏng vμ hơi bão
hoμ của nó: p=const -> T= const
1
C
k
) k (
i =
∑ Suy ra có (n-1)r nồng độ độc lập
Số thông số độc lập (biến) của hệ lμ
(n-1)r+2 (số 2 lμ của p,T)
Số phương trình cân bằng lμ (r-1)n:
Qui tắc pha của Gibbs (n-1)r+2 ≥ (r-1)n (số biến
≥ số phương trình), hay: r ≤ n+2
) T , p (
) T , p ( )
T , p
) k
(
μ
Trang 7p Q1
p1 1 T1 2
p2 4 T 2 3
V1V4 V2V3 V Công nén 34: A2=-p2(V4-V3)=-p2 (V1-V2)
Công cả chu trình: A’=A1+A2=(p1-p2)(V1-V2)
(Công giãn, nén đoạn nhiệt 23,41:
1
2 1
2 1
1
2 1
1
2 1
) V V
)(
p p
( T
) p p
( dP
dT T
T T
Q
'
=
η
) 2 p 1
p
( dp
dT 2
T 1
dV
V Δ
Vùng bão hoμ khí thực
T1=T2+dT
p1=p2+dp
Công giãn đẳng nhiệt 12:
A1=p1(V1-V2)
Trang 8
V Q
T dP
dT
1
1 Δ
=
Nhiệt độ chuyển pha T>0
ẩn nhiệt Q>0: nhiệt toả ra hoặc thu
vμo 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 200oC)
Trên núi cao P thấp, nước sôi dưới 100oC
V
~ dP
dT
Δ
V Q
T dP
dT = Δ
⇒