2022-2023学年高二物理竞赛课件：曲界面的相平衡条件

曲界面的相平衡条件 曲界面的相平衡条件 一.液滴的相及相平衡 1.液滴的相: 假定系统已满足热平衡条件: 对于孤立系统: 在上面讨论气液平衡时，两相的压强、化学势相等，这只有在气液分界面为平面或液相的曲率半径足够大时才正确。当蒸气开始凝结成液滴时，它的半径很小，于是曲率半径和表面张力对凝结过程发生作用. 本节要求：①理解曲界面的相平衡条件 ； 　　　　　②了解过饱和蒸气过热液体的形成. 从而: 设液滴为标准球形,所以有: 由自由能判据: 液滴的形成 将 代入上式 对于理想气体: 得 可见,液滴的平衡蒸汽压与液滴的半径有关 中肯半径与过饱和蒸气 中肯半径 过饱和蒸气: 非常干净的蒸气里,缺乏凝结核(灰尘或带电微粒等),从而导致蒸气压强超过饱和蒸气压而不凝结,形成过饱和蒸气. 气泡的相平衡及过热液体 液体的过热现象:　 一般情况, 以既有空气泡做核而形成的气泡具有足够大半径,类似与 p∞ 情况； 若没有现存空气泡作核，涨落形成的气泡半径很小，则达到正常沸点时,两平衡条件不能同时实现,只有温度高于这个正常沸点,使相应的 p∞ 大于 pα 一. 一级相变 特征：相变时两相的化学势连续，而化学势对温度和压强的一阶偏导数存在突变.表现在相变点上，两相的体积不相等，熵也不相等. 1.单相区域 由单元两相系的平衡及稳定条件， 时, 相将单独存在. 2.两相平衡 3.平衡相变: 当系统缓慢地从外界吸收或放出热量时,物质将由一相转变到另一相而始终保持在平衡态,称平衡相变. 两相平衡曲线方程: 4.三相共存 1 2 定义 L 为1 mol 物质由α相变为β相时所吸收的相变潜热 克拉珀龙方程 决定平衡曲线斜率 熔解、汽化或升华 少数特例 例 冰的熔点随压强的变化 冰的熔解 3He在0.3K以下熔解 例 水的沸点随压强的变化 饱和蒸汽压方程 a. 饱和蒸气: 与凝聚相达到平衡的蒸气,其压强是温度的函数 b. 蒸汽压方程 简化：由于凝聚相的摩尔体积远小于气相的，可略去 取气态的物态方程为理想气体物态方程 L近似看作常数 实验等温曲线 L G C C L G L+G 气液共存线 随 增高变短。 共存线退化为临界点。 以上，气液不分。 CO2在高温下的等温线(安住斯,1869) 范德瓦尔斯的等温线(1873) 曲线 与实验共存线 不符。 一个 对应三个 ，极值点间， ，平衡不稳定。 两极值点合并为临界点。 范氏方程能近似描述系统的气相或液相，但不能描述气液平衡共存状态。 O K B N D J A M R O K B N D J A M R 麦克斯韦等面积法则 范氏方程的平衡曲线 G L G+L NDJ段： 最大, 不稳定 BN段： JA段： OKBAMR段： 最小, 稳定 亚稳 过饱和蒸气 过热液体 化学势分析 极小点 极大点 范氏方程的临界点 拐点 临界系数 范氏物质系统有相同的临界系数。 范氏对比方程 各种气（液）体的对比方程相同，与具体物性无关。 对应态定律 $