Физико-химические основы технологии электронных средств. Конспект лекций, страница 5

Это соотношение называется правилом фаз Гиббса: число степеней свободы равновесной термодинамической системы, на которую из внешних факторов влияют только температура и давление, равно числу независимых компонентов системы минус число фаз плюс два.

При классификации систем принято разделять их по числу фаз на однофазные, двухфазные, трехфазные и.т.д. По числу независимых компонентов системы на однокомпонентные, двухкомпонентные (двойные или бинарные), трехкомпонентные (тройные) и т.д..

Диаграммы состояния различных систем и их роль при проектировании технологических процессов.

При термодинамическом анализе технологического процесса, сначала изучают отдельные элементы процесса, при этом необходимо определить минимальное число технологических параметров, достаточное для описания технологического процесса и управления им. Это число называют числом степеней свободы элемента процесса. Взаимосвязь между параметрами процесса можно описать с помощью диаграмм состояния (или фазовых диаграмм).

Однокомпонентные системы.

Максимальное количество фаз для однокомпонентной системы определяется по правилу фаз:

Фазы в однокомпонентной системе это одно и то же вещество в различных агрегатных состояниях. Вид уравнений состояния различных фаз как однокомпонентных, так и многокомпонентных систем в общем случае неизвестен. Единственным способом найти зависимость между значениями переменных определяющих состояние системы, остается метод непосредственных измерений параметров системы: Т, Р, С или Т, Р, V.  Полученные данные используют для построения диаграмм состояния, которые являются графическим выражением искомых закономерностей.

Для однокомпонентной системы в уравнение состояния входят три переменные: Т, Р, С или Т, Р, V. Любые два из них независимы, а третья является их функцией. Чаще всего в качестве независимой переменной выбирают Т и Р, откладывают их по осям и получают плоскую диаграмму состояния. Каждая точка на плоскости этой диаграммы выражает условия, при которых находится система. Точки, отражающие состояние и условия существования системы называются фигуративными точками. Рассмотрим диаграмму состояния воды в области невысоких давлений.

ОС – зависимость давления насыщенного пара жидкой воды от температуры;

ОА – зависимость давления насыщенного пара льда от температуры;

ОВ – зависимость температур замерзания воды от внешнего давления.

Эти три кривые разделяют диаграмму на поле каждое из которых отвечает одному агрегатному состоянию (пар, жидкость, лед). Сами кривые отвечают равновесию между соответствующими двумя фазами, Точка О характеризует условия одновременного равновесия между всеми тремя фазами. В соответствии с правилом фаз вариантность:

однофазной однокомпонентной системы равна 2 (можно менять Р и Т);

двухфазной однокомпонентной системы равна 1 (можно менять только);

трехфазной однокомпонентной системы равна 0 (ничего нельзя менять).

Таким образом, плоская диаграмма позволяет определить возможное число и характер фаз при выбранных условиях. Но плоская диаграмма состояния не отображает поведение системы с точки зрения объема системы при переходе от одной фазы к другой. Эти изменения могут быть весьма значительны.

Объемные диаграммы состояния.

Она дается в трех координатах Р, Т и V. Любое состояние однокомпонентной системы отвечающие той или иной совокупности Р, Т и V отображается одной точкой. Совокупность таких точек дает диаграмму состоящую из нескольких более или менее сложных поверхностей располагающихся определенным образом в пространстве. Точки не лежащие на этих поверхностях не имеют физического смысла, т.к. каждому сочетанию Р и Т отвечает определенное значение V.

Объемные диаграммы неудобны и громоздки поэтому на практике используют одну из трех проекций данных диаграмм, чаще всего на плоскость Р и Т, т.к. они хорошо поддаются измерению и регулированию.

Многокомпонентные системы.