Задачи и готовые решения (Физические основы механики. Физическая термодинамика. Задачи и готовые решения), страница 5

3) Фазой называется термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества. Фазовый переход I-го рода – это фазовые превращения, при которых плотность вещества, термодинамические потенциалы, энтропия меняются скачком, выделяется или поглощается теплота фазового перехода. Он характеризуется постоянством температуры, изменениями энтропии и объема.

Фазовый переход II-го рода – это фазовые переходы, которые происходят без теплообмена. Они характеризуется постоянством объема и энтропии, но скачкообразным изменением теплоемкости.

4) Отличительной чертой кристаллического состояния является строгая периодичность в расположении частиц, составляющих решетку кристалла. В кристаллах атомы (или ионы) расположены в пространстве в узлах кристаллической решетки и колеблются около них.

Типы криссталов

Ионные кристаллы образованы катионами и анионами. В них между частицами имеется ионная связь. Свойство: твердые, но хрупкие, имеют высокими температурами плавления, электропроводны.

Атомные кристаллы состоят из отдельных атомов, объединенных ковалентными связями. Свойство: прочные и твердые, плохо проводят теплоту и электричество, плавятся при высоких температурах. нерастворимы в растворителях. Свойство: легко разрушаются, имеют низкие температуры плавления, малую твердость, высокую летучесть.

Молекулярные кристаллы построены из отдельных молекул, внутри которых атомы соединены ковалентными связями.

Для металлов характерна металлическая кристаллическая решетка. В ней имеется металлическая связь между атомами. В металлических кристаллах ядра атомов расположены таким образом, чтобы их упаковка была как можно более плотной. Свойство: обладают высокой электрической проводимостью и теплопроводностью, металлическим блеском и непрозрачностью, легкой деформируемостью.

1) Дефекты.

К нульмерным (или точечным дефектам) кристалла относят все дефекты, которые связаны со смещением или заменой небольшой группы атомов (собственные точечные дефекты), а также с примесями.

Одномерные (линейные) дефекты представляют собой дефекты кристалла, размер которых по одному направлению много больше параметра решетки, а по двум другим — соизмерим с ним. Дислокация — граница области незавершенного сдвига в кристалле. Дислокации характеризуются вектором сдвига и углом φ между ним и линией дислокации. При φ=0 дислокация называется винтовой; при φ=90°— краевой; при других углах — смешанной. Дисклинация — граница области незавершенного поворота в кристалле. Характеризуется вектором поворота.

2) Основной дефект-представитель этого класса — поверхность кристалла. Другие случаи — границы зёрен материала, в том числе малоугловые границы (представляют собой ассоциации дислокаций), плоскости двойникования, поверхности раздела фаз и др.

3) Объёмные дефекты. К ним относятся скопления вакансий, образующие поры и каналы; частицы, оседающие на различных дефектах (декорирующие), например пузырьки газов, пузырьки маточного раствора; скопления примесей в виде секторов (песочных часов) и зон роста. Как правило, это поры или включения примесных фаз. Представляют собой конгломерат из многих дефектов.

Теплоемкость

Рассмотрим идеальную кристаллическую решетку твердого тела,в узлах которой находится N атомов,которые принимают за материальные точки с тремя колебательными степенями свободы, на каждую из которых в среднем приходится эенергия kT, тогда:

Um=3*Na*k*T=3RT откуда молярная теплоёмкость тв. тела С=d*Um/d*T=3R=25 (Дж/моль*К)

Формула описывает закон Дюлонга и Пти: молярная теплоемкость химически простых тел в кристаллическом состоянии одинакова (равна 3R) и не зависит от температуры.

Жидкости и поверхностные явления

Лекция17. Основные представления о строении жидкостей. Поверхностное натяжение и свободная поверхностная энергия. Равновесие смачивающей и несмачивающей капель жидкости на поверхности твердого тела. Капиллярный эффект. Формула Лапласа для поверхностного натяжения. Дополнительное давление, создаваемое поверхностью жидкости.

1) Жидкость -агрегатное состояние вещества, промежуточное между твёрдым и газообразным состояниями. Ж., сохраняя отдельные черты как твёрдого тела, так и газа, обладает, однако, рядом только ей присущих особенностей, из которых наиболее характерная — текучесть. Подобно твёрдому телу, Ж. сохраняет свой объём, имеет свободную поверхность, обладает определённой прочностью на разрыв при всестороннем растяжении и т. д. С другой стороны, взятая в достаточном количестве Ж. принимает форму сосуда, в котором находится.

2) Поверхностное натяжение - термодинамическая характеристика поверхности раздела фаз (тел), определяемая как работа обратимого изотермического образования единицы площади этой поверхности.

Поверхностная энергия Еп – доп. Кинетическая энергия, которой обладают молекулы в поверхностном слое жидкости.

3) Коэффициент поверхностного натяжения – коэффициент пропорциональности между работой А , которую нужно произвести, чтобы увеличить поверхность жидкости на ΔS, не меняя ее температуры.

Единица измерения 1дж/м2=1 Н/м

4) Сила поверхностного натяжения Fн –сила направленная по нормали к границе свободной жидкости и по касательной к самой поверхности таким образом, чтобы стремиться сократить поверхность жидкости, ограниченную замкнутой линией l

Fн = σl.

Благодаря лапсову давлению жидкость в капиллярах при смачивании поднимается выше а), а при несмачивании – опускается ниже б) уровня воды в сосуде на величину h. .

5) Капиллярный эффект — физическое явление, заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах.

Поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями. Понижение жидкости происходит в трубках и каналах, не смачиваемых жидкостью.

Формула Лапласа. , где σ— поверхностное натяжение; р — давление пленки жидкости, R – радиусы кривизны в точке.

Искривление поверхности жидкости создает дополнительное (избыточное) давление на жидкость по сравнению с давлением под плоской поверхностью. Для сферической поверхности жидкости, при краевом угле, равном 0 или 180 дополнительной давление равно:

где ф– коэффициент поверхностного натяжения, R – радиус сферической поверхности. Дополнительное давление внутри сферического пузыря радиуса R вызывается избыточным давлением на обеих поверхостях пузыря и равно