Фазовые переходы - Курсовая работа

Федеральное Агентство по образованию Череповецкий государственный университет Выполнил: Федосеев К.Д., студент группы 1Ф-11Мы повседневно сталкиваемся с фазовыми переходами. Пар становится жидкостью, жидкость испаряется, расплав отвердевает или твердое тело плавится. Повседневность наблюдаемых фазовых превращений создает у неискушенного человека ощущение их простоты.С точки зрения движения системы по фазовой диаграмме при изменении ее интенсивных параметров (температуры, давления и т. п.), фазовый переход происходит, когда система пересекает линию, разделяющую две фазы. Поскольку разделение на термодинамические фазы - более мелкая классификация состояний, чем разделение по агрегатным состояниям вещества, то далеко не каждый фазовый переход сопровождается сменой агрегатного состояния.Обычные фазовые переходы, подобные кипению, плавлению или возгонке, сопровождаются скачкообразными изменениями внутренней энергии и объема (поглощением или выделением скрытого тепла перехода). Это послужило основанием назвать такие превращения фазовыми переходами первого рода. При переходах второго рода внутренняя энергия вещества и его объем не изменяются в точке перехода и, следовательно, не происходит выделения или поглощения скрытой теплоты. Однако свободная энергия системы при фазовых переходах второго рода имеет некоторую особенность, которая проявляется в том, что вторые производные - теплоемкость и сжимаемость - становятся бесконечными. Любой фазовый переход характеризуется некоторой величиной, которая имеет следующее свойство: она равна нулю, когда температура выше некоторой температуры, которая называется критической, и становится отличной от нуля, когда температура оказывается ниже этой критической температуры.Плавление происходит с поглощением удельной теплоты плавления и является фазовым переходом первого рода. При нормальном давлении, наибольшей температурой плавления среди простых веществ (а также среди металлов) обладает вольфрам (3422 °C), а среди произвольных веществ - карбид гафния HFC (3890 °C). Можно считать, что самой низкой температурой плавления обладает гелий: при нормальном давлении он остается жидким при сколь угодно низких температурах. Как известно из термодинамики, при фиксированной температуре тело стремится минимизировать свободную энергию F = E - TS. При низких температурах второе слагаемое (произведение температуры и энтропии) несущественно, и в результате все сводится к минимизации обычной энергии E.При медленном пузырьковом кипении в жидкости (а точнее, как правило на стенках или на дне сосуда) появляются пузырьки, наполненные паром. За счет интенсивного испарения жидкости внутрь пузырьков, они растут, всплывают, и пар высвобождается в паровую фазу над жидкостью. При этом сама жидкость находится в слегка перегретом состоянии, т. е. температура в толще жидкости превышает номинальную температуру кипения. Если температура дна сосуда значительно превышает температуру кипения жидкости, то скорость образования пузырей на дне становится столь большой, что они объединяются вместе, образуя сплошную паровую прослойку между дном сосуда и непосредственно самой жидкостью. В этом режиме пленочного кипения тепловой поток от нагревателя к жидкости резко падает (паровая пленка проводит тепло хуже, чем конвекция в жидкости), и в результате скорость выкипания уменьшается.Сублимация (возгонка) - переход вещества из твердого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое. Поскольку при сублимации изменяется удельный объем вещества и поглощается энергия (теплота сублимации), сублимация является фазовым переходом первого рода. Физически процесс возгонки продолжается до тех пор, пока концентрация водяных паров в камере не достигнет нормального для данной температуры уровня, в связи с чем избыточные водяные пары постоянно откачивают. Возгонка применяется в химической промышленности, в частности, на производствах взрывоопасных или взрывчатых веществ, получаемых осаждением из водных растворов. Возгонка также используется в пищевой промышленности: так, например, фрукты после сублимирования весят в несколько раз меньше, а восстанавливаются в воде.Пусть - намагниченность этого образца, зависящая от магнитного поля . Если температура высокая, магнитный момент становится равным нулю, когда магнитная поле стремится к нулю. Однако, возможна и другая ситуация, которая реализуется при низких температурах: намагниченность образца, возникшая под влиянием внешнего магнитного поля, сохраняется и при уменьшении этого поля до нуля. Эта остаточная намагниченность называется спонтанной намагниченностью ().Существует вполне определенная температура, при которой спонтанная намагниченность появляется впервые. Эта температура называется температурой Кюри.Температурный интервал перехода в сверхпроводящее состояние для чистых образцов не превышает тысячных долей Кельвина и поэтому имеет смысл определенное значение Тс - температуры перехода в сверхпроводящее состояние.

Содержание

Введение

1. Сущность фазового перехода

2. Классификация фазовых переходов

3. Фазовые переходы первого рода

3.1 Плавление и затвердевание

3.2 Кипение и конденсация

3.3 Сублимация и десублимация

4. Фазовые переходы второго рода

4.1 Фазовый переход парамагнетик-ферромагнетик

4.2 Переход металлов и сплавов в состояние сверхпроводимости

4.3 Переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние

Заключение

Литература