1.Термодинамические фазы. Правило фаз.

Термодинами́ческая фа́за — термодинамически однородная по составу и свойствам часть термодинамической системы, отделенная от других фаз поверхностями раздела, на которых скачком изменяются некоторые свойства системы.

Термодинамические фазы и агрегатные состояния вещества

Набор термодинамических фаз вещества обычно значительно богаче набора агрегатных состояний, т.е. одно и то же агрегатное состояние вещества может находиться в различных термодинамических фазах. Именно поэтому описание вещества в терминах агрегатных состояний довольно огрублённое, и оно не может различить некоторые физические разные ситуации.

Богатый набор термодинамических фаз связан, как правило, с различными вариантами порядка, которые допускаются в том или ином агрегатном состоянии.

• В газообразном состоянии вещество не обладает никаким порядком. Соответственно, в газообразном состоянии любое вещество обладает только одной термодинамической фазой. (Фазовые переходы типа диссоциации молекул или ионизации являются, по определению, переходами одного вещества в другое).

• Жидкость обладает трансляционным порядком, но, как правило, не обладает ориентационным порядком. В результате у одной и той же жидкости могут быть разные термодинамические фазы, однако количество их редко превышает единицу. Так, например, существование новой жидкой фазы обнаружено в переохлаждённой воде. Другой, специфический, пример: сверхтекучее состояние в жидком гелии.

• Кристаллическое твёрдое тело обладает как трансляционным, так и ориентационным порядком. В результате даже возникает большое число возможных вариантов ориентации соседних молекул друг относительно друга, которые могут оказаться энергетически выгодными при тех или иных давлении и температуре. В результате твёрдые тела обладают, как правило, достаточно сложной фазовой диаграммой. Например, фазовая диаграмма такого, казалось бы, простого вещества, как лёд, насчитывает по крайней мере 12 термодинамических фаз, реализующихся при различных температурах и давлениях.

Фаз правило

Фаз правило, закон фаз, соотношение термодинамики, согласно которому для любой равновесной системы сумма числа фаз j и вариантности v равна числу компонентов k, увеличенному на число параметров n, определяющих равновесное состояние системы: j + v = k + n. При этом параметры состояния – температура Т, давление р, напряжённости электрического и магнитного полей и др. – должны быть одинаковыми во всех фазах. Если состояние системы может изменяться лишь под действием Т и р, причём размеры фаз таковы, что можно пренебречь величиной их поверхностной энергии, то Ф. п. принимает вид:

v = k + 2-j.

Для конденсированных систем (например, сплавов металлов), где р либо постоянно, либо изменяется так незначительно, что не влияет на состояние равновесия, Ф. п. принимает вид: v = k + 1 – j; при переменном р и постоянном Т его вид тот же. Если состав сосуществующих фаз одинаков, как в максимумах и минимумах диаграмм состав – давление пара (см. Коновалова законы), а также диаграмм состав – температура кристаллизации (см. Розебома правила), система ведёт себя как однокомпонентная, т. е. для неё v = 3 – j (при переменных р и Т) или v = 2 – j (при постоянном р или Т). Наконец, когда в системе образуется химическое соединение, то k равно разности между числом химически индивидуальных веществ и числом независимых реакций.