Termodinamik faza

Vikipediya, açıq ensiklopediya
Keçid et: naviqasiya, axtar

Termodinamik faza- maddənin başqa hissələrindən kəskin sərhədlə ayrılan fiziki bircins hissəsinə deyilir [1].

Xarici şəraitdən (temperatur, təzyiq və b.) asılı olaraq maddə müxtəlif fazalarda ola bilər. Fazaların sayı aqreqat hallarının sayından çoxdur. Eyni bir aqreqat halında bir neçə faza ola bilər.

Fazalara misallar[redaktə | əsas redaktə]

- Bərk, maye və qaz (məsələn, buz, su və su buxarı) ;

- Tərkibi eyni olub fərqli quruluşa malik olan kristallar (məsələn, almaz və qrafit) ;

- Normal və ifratkeçirici halda olan metallar;

- Paramaqnit və ferromaqnit;

- Paraelektrik və seqnetoelektrik və s.

Faza və komponent anlayışlarını fərqləndirmək lazımdır. Komponent – sistemin elə hissəsidir ki, onun tərkibi sistemin qalan hissələrinin tərkibindən asılı olmasın. Müxtəlif qazların qarışığı (müxtəlif qazlar istənilən nisbətdə tam qarışır) birfazalı, lakin çoxkomponentli sistemdir (komponentlərin sayı sistemdə olan müxtəlif qazların sayı qədərdir). Digər tərəfdən, su və onun üzərindəki su buxarı birlikdə ikifazalı, lakin birkomponentli sistemdir (hər iki faza eyni molekullarından ibarətdir).

Müəyyən şəraitdə maddə eyni zamanda iki və daha artıq fazada ola (yanaşı yaşaya) bilər. Məsələn, normal atmosfer təzyiqində () temperaturda buz və su; maye və onun üzərindəki buxar. Molekullar bir fazadan digərinə keçdiyinə görə bu fazaların hər biri açıq sistemdir. (Zərrəciklərin sayı dəyişməyən sistemlərə termodinamikada qapalı sistemlər, dəyişən sistemlərə isə açıq sistemlər deyilir.) Müəyyən şərtlər ödəndikdə bu açıq sistemlər tarazlığa gəlir.

Maddənin bərk və maye fazalarınn eyni zamanda yaşaya bildiyi tempertur ərimə temperaturu adlanır. Kristal cisimlərin ərimə temperaturu maddənin növündən başqa, təzyiqdən də asılıdır. Ərimə temperaturundan kiçik temperaturlarda məddə yalnız bərk, bundan böyük temperaturlada isə yalnız maye halında ola bilər.

Maye və onun üzərindəki buxar misalında fazaların tarazlığı üçün onların temperaturları (istilik tarazlığı şərti), təzyiqləri (mexaniki tarazlıq şərti) və bir fazadan digərinə və əksinə keçən molekulların sayı (maddi tarazlıq şərti) eyni olmalıdır.

Birkomponentli (eyni molekullardan ibarət) sistemin maye və ya qaz halında olması təkcə maddənin növündən və temperaturdan yox, həm də təzyiqdən asılıdır. Temperaturun hər bir qiymətinə uyğun elə bir təzyiq vardır ki, bu təzyiqdə maddə eyni zamanda həm maye, həm də qaz halında mövcud ola bilər.

Şəkil 1. Fazaların tarazlıq əyrisi

Maddənin eyni zamanda həm maye, həm də qaz halında mövcud ola bildiyi hallar müstəvisində bir əyri ilə ifadə olunur (Şəkil 1-də AB əyrisi). Bu əyri fazaların tarazlıq əyrisi adlanır. Tarazlıq əyrisi müstəvisini iki hissəyə bölür. Əyrinin sol tərəfindəki hallarda yalnız maye faza, sağ tərəfindəki hallarda isə yalnız qaz fazası mümkündür. Tarazlıq əyrisi üzərindəki hallarda hər iki faza yanaşı yaşayır, yəni maye və qaz fazaları tarazlıqdadır. Əyri boyunca hərəkət etdikdə tarazlıq pozulmur, lakin maddənin müxtəlif fazalarının nisbi miqdarı dəyişir.

Əgər təzyiqin verilmiş qiymətində temperaturu artırmaqla (xaricdən istilik verməklə) sistemin halını dəyişdirsək sistem halından tarazlıq əyrisi ilə kəsişənə qədər bircins olaraq maye halında qalır, əyri üzərindəki nöqtəsinə uyğun olan halda sistem təbəqələşir, yeni faza-qaz fazası yaranır. Bu nöqtəyə uyğun halda sistemə xaricdən istilik verilməsinə baxmayaraq sistemin temperaturu dəyişmir, ona görə ki, verilən istilik mayeni buxara çevirməyə sərf olunur. Mayenin hamısı buxara çevrildikdən sonra buxarın temperaturu artır və sistem halına keçir.

Üçqat nöqtə[redaktə | əsas redaktə]

Xüsusi şəraitdə maddənin üç aqreqat halı eyni zamanda tarazlıqda ola bilər. Bunun üçün hər üç fazanın temperaturu təzyiqi və kimyəvi potensialı eyni olmalıdır. Bu, təzyiq və temperaturun yalnız bir qiymətində mümkündür. (P,T) müstəvisində həmin nöqtə üçqat nöqtə adlanır (Şəkil 2-də O nöqtəsi). Buz, su və su buxarı üçün üçqat nöqtənin koordinatları: P0 = 0,006 atm , T0 = 273K [1].

Şəkil 2. Faza diaqramı

Üçqat nöqtədən kənar hallarda sistem yalnız bir fazada (bərk, maye və qaz) və ya iki fazanın tarazlığı halında olur. Cüt-cüt fazaların tarazlıq əyriləri olan AO (bərk-qaz), BO (bərk-maye) və KO (maye-qaz) əyriləri üçqat nöqtədə kəsişirlər.

Maye-qaz tarazlıq əyrisi (P,T) K nöqtəsində qurtarır. Bu nöqtəyə kritik (böhran) nöqtə deyilir. Kritik nöqtəyə uyğun kritik halda maye ilə onun buxarı arasında fərq yox olur.

Bərk-qaz və bərk-maye tarazlıq əyriləri üzərində isə kritik nöqtə müşahidə olunmur. Üçqat nöqtədən başlayan bərk-qaz tarazlıq əyrisi koordinat başlanğıcında qurtarır, bərk-maye tarazlıq əyrisi isə sonsuzluğa qədər uzanır.

Təzyiqin P< P0 qiymətlərində temperaturu artırdıqda bərk faza mayeyə çevrilmədən birbaşa qaz fazasına keçir. Bu hadisə sublimasiya, əks proses isə desublimasiya adlanır.

Maddənin bərk və maye fazalarınn eyni zamanda yaşaya bildiyi tempertur ərimə temperaturu adlanır. Kristal cisimlərin ərimə temperaturu maddənin növündən başqa, təzyiqdən də asılıdır. Verilmiş təzyiqdə ərimə temperaturundan kiçik temperaturlarda məddə yalnız bərk, bundan böyük temperaturlada isə yalnız maye halında ola bilər.

Təzyiqin P0< P< PK intervalında temperatur artarkən sistem ardıcıl olaraq hər üç fazadan keçir: bərk→maye→qaz.

Təzyiqin P> PK qiymətlərində temperaturu artırdıqda sistem OB əyrisini kəsərək bərk fazadan maye fazaya keçir, temperaturun T> TK qiymətlərində isə sistem OK əyrisini kəsmir-K nöqtəsindən yuxarıdan keçir (bu halda maye və qaz eyni zamanda mövcud olmur).


Faza keçidi(faza çevrilməsi)[redaktə | əsas redaktə]

Xarici şəraitin (temperatur, təzyiq və b.) dəyişməsi nəticəsində maddənin bir termodinamik fazadan digərinə keçməsi faza keçidi (faza çevrilməsi) adlanır[1]. Faza keçidi zamanı maddənin halını xarakterizə edən kəmiyyətlərdən biri və ya bir neçəsi sıçrayışla dəyişir.

Bütün təcrübi faktları təhlil edərək Erenfest 1933-cü ildə faza keçidlərinin təsnifatını vermişdir. Bu təsnifata görə faza keçidləri iki növə bölünür: birinci və ikinci növ faza keçidi.

Birinci növ faza keçidləri elə keçidlərə deyilir ki, keçid nöqtəsində sistemin Gibbs termodinamik potensialı (və kimyəvi potensialı) kəsilməz, lakin bu potensialın birinci törəmələri ilə təyin olunan fiziki kəmiyyətlər (entropiya və həcm) sıçrayışla dəyişsin.

İkinci növ faza keçidləri elə keçidlərə deyilir ki, keçid nöqtəsində sistemin Gibbs termodinamik potensialı (kimyəvi potensial) və bu potensialın birinci törəmələri ilə təyin olunan fiziki kəmiyyətlər (entropiya və həcm) kəsilməz, lakin Gibbs potensialının ikiinci törəmələri ilə təyin olunan fiziki kəmiyyətlər (istilik tutrumu, sıxılma, istidən genişlənmə əmsalı) sıçrayışla dəyişsin.

Ədəbiyyat[redaktə | əsas redaktə]

1.B.M.Əsgərov. Termodinamika və statistik fizika. Bakı, 2005, 631 səh.

2. Базаров. Термодинамика. Санкт-Петербург - Москва - Краснодар, 2010, 376 стр.

İstinadlar[redaktə | əsas redaktə]

http://elibrary.bsu.az/books_rax/N_353.pdf

http://elibrary.sgu.ru/uch_lit/554.pdf