2022-2023学年高二物理竞赛课件：单元三相系的平衡性质

1 单元三相系的平衡性质 2 一、温度--压强相图 1.相图 单元系α、相平衡时： (T,p)= (T,p) 由其决定的曲线 P1=P1(T)  称为相平衡曲线。 在P—T关系图中，描述复相系统平衡热力学性质的 曲线，称为为相图。 2.平衡相变 在平衡曲线上，当系统缓慢地从外界吸收或者放出热 量时，物质将由一相转变成另一相而始终保持在平衡 态，称为平衡相变。 3 水的临界温度647.05K,临界压强22.09106Pa 水三相点温度273.16K 单元三相系温度和压强的相图 3 三条曲线将图分为三个区域，分别是固相、液相和气相单相存在的温度和压强范围。在各自的区域内，温度和压强可以独立改变，分开液相区域和气相区域的曲线名为气化线。在气化线上，液、气两相可以平衡共存，是液相和气相的两相平衡曲线。C点称为临界点。相应的温度和压强称为临界温度和临界压强。分开固相和液相区域的曲线称为熔解线,分开固相和气相区域的曲线称为升华线，他们分别是固相和液相、固相和气相的两相平衡曲线。气化线、熔解线和升华线交于一点，名为三相点。在三相点，固、液、气三相可以平衡共存。三相点的温度和压强是确定的。 4 分开液相和固相区域的曲线称为熔解线（或凝固线），为液固两相的平衡线，在熔解线上液固两相可以平衡共存。 分开气相和固相区域的曲线称为升华线，为气固两相的平衡线，在升华线上气固两相可以平衡共存。 分开气相和液相区域的曲线称为汽化线，为气液两相的平衡线，在汽化线上气液两相可以平衡共存。 汽化线上有一点C，温度等于C点时，液相不存在，因而汽化线也不存在，C点称为临界点，相应的温度和压强称为临界温度和临界压强。 5 汽化线、熔解线和升华线交于一点A，此点三相共存称为三相点，是三条相平衡曲线的交点。在三相点，物质的气、液、固相共存。对于某一物质三相点的温度和压强是确定的。三相点的T、P和由下式确定。 6 二、克拉珀龙方程 设（T，P）和（T+dT，P+dP ）是两相平衡曲线上邻近的两点，则： T P T+dT，P+dP T，P 两式相减： 7 由吉布斯函数和化学势的关系： 微分：dG=ndμ+μdn 吉布斯函数的全微分基本方程： dG=-SdT+Vdp+μdn 由(1)、(2)式最后得到化学势的全微分： s、v 分别是摩尔熵和摩尔体积 (2) (1) 8 或者： L 表示 1 摩尔物质由α相转变到β相时所吸收的相变 潜热，相变时物质的温度不变。 克拉珀龙方程 给出两相平衡曲线的斜率 9 当物质发生溶解、蒸发或升华时，通常比体积增大，且相变潜热是正的，因此平衡曲线的斜率通常是正的。 如：（1）冰熔解时比体积变小，溶解曲线的斜率是负的。 （2）3He熔解时比体积增加，但0.3K以下，固相的比熵大于液相，使熔解曲线具有负斜率。 某些情况下，溶解曲线的斜率是负的。 3He的这一特性被用来获得低温。预冷至0.3K以下，然后绝热压缩。压强增加时，固-液混合物的温度降低，是获得mK低温的方法。 T/K p/(105Pa) 固 液 气 10 三、蒸气压方程 饱和蒸气：与凝聚相（液相或固相）达到平衡的蒸气。 蒸气压方程：描述饱和蒸气压与温度关系的方程。 、分别代表凝聚相和气相，有Vmβ>>Vmα,气相看作理想气体。由克拉珀龙方程可推导出饱和蒸汽压方程： 当L与温度无关： 10 包含蒸气压随温度的升高而迅速增加 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 $