Фазы в термодинамике

В термодинамике фазой называется совокупность однородных, одинаковых по своим свойствам частей системы. Поясним понятие фазы на следующих примерах. В закрытом сосуде находится вода и над ней смесь воздуха и паров воды. В этом случае мы имеем дело с системой, состоящей из двух фаз: одну фазу образует вода, вто­рую смесь воздуха и паров воды. Если в воду добавить несколько кусочков льда, то все эти кусочки образуют третью фазу. Различные кристаллические модификации какого-либо вещества также представляют собой разные фазы. Так, например алмаз, графит являются различными твердыми фазами углерода.

При определенных условиях разные фазы одного и того же ве­щества могут находиться в равновесии друг с другом, соприкасаясь между собой. Равновесие двух фаз может иметь место лишь в определенном интервале температур, причем каждому значению температур Т соответствует вполне опредёленное давление p, при котором возможно равновесие. Таким образом, состояния равновесия двух фаз изобразятся на диаграмме (р,Т) линией

p=ƒ(Т) (1.111)

Три фазы одного и того же вещества (твердая, жидкая и газо­образная, или жидкая и две твердые) могут находиться в равнове­сии только при единственных значениях температуры и давления, которым на диаграмме (р,T) соответствует точка, называемая тройной. Эта точка лежит на пересечении кривых равновесия фаз, взятых попарно.

В термодинамике доказывается в согласии с опытом, что равновесие более чем трёх фаз одного и того же вещества невозможно.

Переход из одной фазы в другую обычно сопровождается погло­щением или выделением некоторого количества теплоты, которое называется скрытой теплотой перехода, или просто теплотой пере­хода. Такие переходы называются фазовыми переходами первого рода.

Существуют переходы из одной кристаллической модифи­кации в другую, которые не связаны с поглощением или выделением тепла. Такие переходы называются фазовыми переходами второго рода. Мы ограничимся рассмотрением только переходов первого рода.