Фазовое равновесие - одновременное существование термодинамически равновесных фаз в многофазной системе: жидкости
со своим насыщенным паром, воды и льда при температуре плавления, двух несмешивающихся
жидкостей (напр., смесь воды с триэтиламином), отличающихся концентрациями.
В равновесии могут находиться (при отсутствии внеш. магн. поля) две фазы ферромагнетика с одинаковой осью лёгкого намагничивания, но с разл. направлением намагниченности,
нормальная и сверхпро-водящая фазы металла во внеш. магн. поле и т. д.
В условиях термодинамического
равновесия химические потенциалы каждого компонента в различных фазах системы
одинаковы. Отсюда следует Гиббса правило фаз: в ве-щедтве, состоящем
из k компонентов, одновременно может существовать не более k +
2 равновесных фаз. Число термодинамических степеней свободы, то есть физических
параметров системы, которые можно изменять, не нарушая условий фазового равновесия,
равно k + 2 - j, где j - число фаз, находящихся в равновесии. Например,
три фазы двухкомпонентной системы могут находиться в равновесии при разных температурах,
но давление и концентрация компонентов полностью определяются заданной температурой.
Изменение температуры фазового
перехода (кипения, плавления и др.) при бесконечно малом изменении давления
определяется Клапейрона-Клаузиуса уравнением. Трафики, изображающие зависимость
одних термодинамич. переменных от других в условиях Ф. р., наз. л и н и я м
и (п о в е р х н о с т я м и) р а в н о в е с и я, а их совокупность - диаграммой
состояния. Линия Ф. р. может либо пересечься с др. линией равновесия (тройная
точка), либо закончиться критической точкой.
В твёрдых телах вследствие
медленного протекания процессов диффузии, приводящих к термодинамич.
равновесию, возникают неравновесные фазы, к-рые могут существовать наряду с
равновесными. В этом случае правило фаз может не выполняться. Правило фаз не
выполняется и в критич. точке, где фазы не отличаются друг от друга.
В массивных образцах в отсутствие дальнодействующих сил взаимодействия между частицами число границ между равновесными фазами минимально. Напр., в случае двухфазного равновесия имеется одна поверхность раздела фаз. Если же в одной из фаз существует дальне действующее поле (электрическое, магнитное), выходящее из вещества, то энергетически более выгодны равновесные состояния с большим числом периодически расположенных фазовых границ (ферромагн. и сегнетоэлектрич. домены, промежуточное состояние сверхпроводников) и с таким расположением фаз, при к-ром поле не выходит за пределы тела. Форма границ раздела фаз определяется условием минимальности значения поверхностной энергии. Так, в двухкомпонентной смеси при условии равенства плотностей фаз граница раздела имеет сферич. форму. Огранка кристаллов определяется плоскостями, поверхностная энергия к-рых минимальна.
В. Л. Покровский
|
|
 |
