tihonova (523116), страница 10
Текст из файла (страница 10)
При этих условиях сплав будет состоять из кристаллов А и В,отчетливо выявляемых на микроструктуре. Рентгенограмма такого сплава покажет наличиедвух решеток компонентов А и В. Свойства кристаллов А и В в сплаве тождественнысвойствам чистых металлов А и В.Механические свойства зависят от количественного соотношения компонентов, а также отразмера и формы зерен, значения их - промежуточные между характеристиками свойствчистых компонентов.Между тем следует помнить, что абсолютного отсутствия взаимной растворимости вреальных сплавах не встречается.Примеры механических смесей: Pb-Sb, Zn-Sn, Pb-Bi.Свойства сплава зависят от того, какие фазы образуют компоненты. Основныезакономерности изменения свойств сплава в зависимости от фазового состава иконцентрации компонентов:При образовании смесей свойства сплава изменяются по линейному закону (аддитивно).Значения свойств сплава находятся между значениями свойств компонентов.При образовании твердых растворов некоторые свойства, в первую очередьэлектросопротивление, могут значительно отличаться от свойств компонентов.
Приобразовании механической смеси электросопротивление повышается незначительно, а приобразовании твердого раствора - весьма сильно. Поэтому распад твердого раствора на две(или более) фазы приводит к повышению электропроводности - закон Курнакова.При образовании ограниченных твердых растворов в области однофазного раствора свойствасплава изменяются по криволинейному закону, а в двухфазной области - по прямолинейному.При образовании химического соединения концентрация химического соединения отвечаетмаксимуму или минимуму изменения свойств (т.наз.
сингулярная точка).Лекция 10. Термодинамическое равновесие и фазовые превращенияУсловия термодинамического равновесия. Термодинамика фазовых превращений.Теория фазовых превращений, исследующая "естественные" процессы формирования иизменения гетерофазной структуры твердых тел, занимает важное место в физическомматериаловедении, так как существует четкая корреляция между микроструктурой исвойствами материалов.Наука о фазовых превращениях рассматривает как возникновение требуемоймикроструктуры, так и ее нестабильность.Любое фазовое превращение можно рассматривать с нескольких позиций.
Во-первых, сточки зрения термодинамики процесса, которая отвечает на вопрос о том, почему происходитто или иное фазовое превращение. Термодинамика является дисциплиной формальной. Всезаконы и понятия в ней формируются как результат описания опыта без проникновения вмолекулярный механизм процесса.
Основными объектами термодинамики являютсяэнергетические балансы и вопросы равновесия. Термодинамика дает общие методы описанияпроцессов, не связанные с молекулярной теорией.Во-вторых, говоря о фазовом превращении, следует рассматривать и его механизм. Механизмреакции (превращения) - это то, как отдельные столкновения и элементарные акты,включающие образование молекул, атомов, радикалов, ионов, совершаясь одновременно илипоследовательно, образуют в своей совокупности наблюдаемый процесс.Выводы термодинамики, как науки об энергетических балансах и равновесиях, независимыот предположений о механизме, совершающемся в природе процессов.
Первое началотермодинамики представляет собой общий закон сохранения энергии применительно ктермическим явлениям. Второе начало термодинамики указывает на односторонность всехпротекающих процессов, на стремление любой предоставленной самой себе системы кдостижению конечного состояния равновесия. В совокупности первое и второе началатермодинамики позволяют дать в общем количественную формулировку условий равновесия,предсказать направление, в котором пойдет тот или другой процесс в данных конкретныхусловиях и степень его завершенности. Если из термодинамики следует, что в данныхусловиях какой-либо процесс невозможен, то это означает действительно полнуюневозможность его осуществления при помощи любого приспособления или катализатора такую же невозможность, как создание вечного двигателя. Если же термодинамикаустанавливает, что процесс возможен, то это указывает лишь на его принципиальнуюосуществимость.
Реализация же этого процесса будет зависеть от того, с какой скоростью врассматриваемых условиях будет двигаться состояние равновесия, т.е. от кинетическихфакторов.Таким образом, кинетика процесса - третье направление анализа фазового превращения.Кинетикой химических реакций называют учение о скоростях реакций. Химическаякинетика, изучающая реакции в их движении, может быть противопоставленатермодинамике, которая ограничивается лишь рассмотрением статики химических реакций равновесий. Термодинамика в принципе при наличии некоторых исходных данных можетпредсказать эти равновесные состояния.
Однако вопросы о том, в течение какого времени икаким путем совершаются те или иные процессы, находятся вне рамок термодинамики ивремя не входит в термодинамические уравнения.Если отдельные области системы не различаются по составу и свойствам, то системаназывается физически однородной. Физически однородные системы представляют собойгомогенные системы. В гомогенных системах свойства изменяются непрерывно при переходеот одной точки системы к другой.Гетерогенными называются системы, состоящие из нескольких гомогенных областей,разделенных границей, на которой имеет место разрыв непрерывности в изменении свойств.Гомогенная часть гетерогенной системы, отделенная от других частей границей раздела,называется термодинамической фазой. Таким образом, гомогенная система однофазна,гетерогенная - многофазна.
Фазы гетерогенной системы могут находиться в различныхагрегатных состояниях, либо отличаться химическим составом или атомно-кристаллическойструктурой.Изучение фазового состава, фазового равновесия и фазовых превращений являетсяактуальной задачей, поскольку фазовый состав определяет физико-химические свойства этихсистем. Часто важно бывает знать, возможно ли протекание какого-либо процесса и егоконечный результат. Знание условий термодинамического равновесия позволяет предсказать,какие изменения возможны в данной системе.Необходимым условием равновесия является отсутствие любых изменений системы:механических, физических, химических, проявляющихся в изменении со временемтемпературы, давления, объема, концентрации и т.д. Такое состояние называетсястационарным.
Если в системе не только все параметры постоянны во времени, но и нетстационарных потоков за счет действия внешних источников, то такие состояния называютсяравновесными.Термодинамическое состояние системы характеризуется термодинамическимипотенциалами. Особенность этих величин (характеристических функций) заключается в том,что их изменения при различных процессах не зависят от пути и промежуточных состояний,а зависят лишь от того, из какого начального в какое конечное состояние переходит система.Все термодинамические параметры системы - давление Р, объем V, температура Т и т.д.
могут быть получены как частные производные термодинамических потенциалов. Отправнойточкой метода термодинамических потенциалов служит основное уравнение термодинамикидля равновесных процессов:TdS = dU + pdV, (10.1)где S - энтропия, U - внутренняя энергия.Из (10.1) следует, что Т и р являются частными производными от внутренней энергии приусловия постоянства S и V, соответственно. Следовательно, в данных условиях внутренняяэнергия является термодинамическим потенциалом.
Для других независимых переменныхвнутренняя энергия не является термодинамическим потенциалом, однако можно подобратьдругую функцию, которая будет характеристической функцией этих независимыхпеременных.В случае независимых переменных T и V такой функцией является свободная энергияГельмгольца:F = U - TdS. (10.2)Для независимых переменных Т и р характеристической функцией являетсятермодинамический потенциал Гиббса (изобарно-изотермический потенциал):G = U - TS + pV.
(10.3)Основное уравнение термодинамики связывает пять физических величин: температуру,давление, объем, энтропию и внутреннюю энергию. Для каждой пары из этих пяти величинсуществует характеристическая функция. Кроме перечисленных, термодинамическимпотенциалом может быть энтальпияН = U + pV.Практически удобными являются свободная энергия Гельмгольца и термодинамическийпотенциал Гиббса, поскольку переменные (V, T) и (p,T) могут быть экспериментальноизмерены.Для равновесия необходимо, чтобы какой-либо термодинамический потенциал имелэкстремальное значение. Принцип экстремальности применим только в том случае, когдасравниваемые состояния удовлетворяют определенным условиям: рассматривается,например, только состояния изолированной системы или состояния с постояннойтемпературой и давлением.В системе с заданным общим количеством вещества могут протекать лишь такие процессы,при которых свободная энергия Гельмгольца не растет. Они прекращаются как только Fдостигнет минимума.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
