单元系.ppt

描述单元开放系自变量的个数 由于粒子数可变，描述开系的自变量数相比闭系多一个，需要3个自变量，比如热力学函数： U(S, V, N)、H(S, p, N)、F(T, V, N)、G(T, p, N)、J(T, V, μ ) 并不是任意3个自变量都可以完全描述系统： 给出系统的温度、压强和密度，并不能得到体积或粒子数 自变量不能都是强度量，至少需要一个广延量表示系统的大小 3 单元系的复相平衡条件 3.1 平衡条件 3.2 扰动趋势 即物质从化学势高的地方转移到化学势低的地方。 4 单元复相系的平衡性质 4.0 物质的状态、相变 固体 是物质存在的一种状态。固体里的粒子是紧紧相扣，不易进行运动。 与 液体和气体相比，固体有固定的体积和形状，质地也较坚硬。 一般来说，一个物体要达到一定的大小才能被称为固体，但对这个大小 没有明确的规定。一般来说固体是宏观物体，除一些特殊的低温物理学 的现象如超导现象、超固现象外固体作为一个整体不显示量子力学的现 象。 当有外力对物质施加作用时，固体形态会可以被扭曲，引致永久性变形。 尽管任何固体都会有热能量，粒子可以振动，此粒子运动却相对不那么 剧烈，并不容易靠感觉来观察。 通过其组成部分之间的相互作用，固体的特性可以与组成它的粒子的特 性有很大的区别。 固体可以分为晶体和非晶体。 纪录 世界上最轻的固体是气凝胶。最轻的气凝胶密度只有1.9 mg/cm3 ，即 1.9 kg/m3 (约相等于水的1/530)。 液体 没有确定的形状，但有一定体积，具有移动与转动等对称性。 特性： 没有确定形状，是流动的，往往受容器影响。容器是什么形状，注入液体，液体就呈什么形状。 具有一定体积。液体的体积在压力及温度不变的环境下，是固定不变的。 很难被压缩。 气体 气体与液体一样是流体：它可以流动，可变形。与液体不同的是气体可以被压缩。假如没有限制（容器或力场）的话，气体可以扩散，其体积不受限制，没有固定。气态物质的原子或分子相互之间可以自由运动。气态物质的原子或分子的动能比较高。 理想气体为假想的气体。 其特性为： 气体分子间无作用力 （除去碰撞瞬间） 气体分子本身不占有体积 气体分子与容器器壁间发生完全弹性碰撞 等离子体 物质的第四态，是由电子、离子等带电粒子及中性粒子组成的混合气体。 宏观上表现出准中性，即正负离子的数目基本相等，整体上呈现电中性，但在小尺度上具有明显的电磁性质。等离子体还具有明显的集体效应，带点粒子之间的相互作用是长程库仑作用，单个带点粒子的运动状态受到其它许多带电粒子的影响，又可以产生电磁场，影响其它粒子的运动。 等离子体存在广泛： 受控核聚变、空间等离子体、等离子体天体、低温等离子体等等。 相变 To From Solid Liquid Gas Plasma Solid Solid-Solid Transformation Melting/ Fusion (熔解) Sublimation N/A Liquid Freezing N/A Boiling/ Evaporation N/A Gas Deposition Condensation N/A Ionization Plasma N/A N/A Recombination/Deionization N/A 4.1 相图 平衡条件为： 注：水的相图（见下页）中AB曲线斜率为负 水的相图 此图引自：http://www.lsbu.ac.uk/water/phase.html ，可以在该 网页上看到它的详细说明。 4.2 相图的热力学分析 4.3 克拉珀龙（Clapeyron）方程 水的相图 升华线与汽化线的斜率为正，熔化线的斜率为负 三相点附近熔化线斜率很大 随温度增加，汽化线斜率减小 低温时固体之间的相变线斜率几乎为0 热力学第三定律 第四周第一节结束 * 第四周第二节结束 * 第四章单元系的相变 单元复相系： 单元系 只含一种化学组分的化学纯物质系统. 例如 …… 多元系 含有两种以上化学组分的系统. 例如 的三元混合气体. 单相系(均匀系) 一个系统的各部分的(物理和化学)性质完全一样. 复相系 若一系统不均匀,但可分为若干个均匀的部分,每个由(物理和化学)性质相同的物质组成的部分,称为一个相. 例: 水和水蒸气 单元二相系(无明确界面) 未饱和的盐的水溶液 二元单相系. 1 平衡、平衡判据 1.1 力学体系 力学体系的平衡态可能出现三种情况 稳 定 平 衡：很大的扰动平衡才能被破坏 亚稳定平衡：小的扰动平衡被破坏 不稳