2. Фазовые p – V и t – s диаграммы состояний

На рис 3.3 представлена фазовая диаграмма в P – V координатах, а на рис.3.4 - в T – S координатах.

Рис.3.3. Фазовая Р-V диаграмма Рис.3.4. Фазовая Т-S диаграмма

Обозначения:

т + ж – область равновесного сосуществования твердой и жидкой фаз;

т + п – область равновесного сосуществования твердой и паровой фаз;

ж + п – область равновесного сосуществования жидкой и паровой фаз.

Если на Р – Т диаграмме области двухфазных состояний изображались кривыми, то P – V и T – S диаграммах – это некоторые площади.

Линия AKF называется пограничной кривой. Она в свою очередь разделяется на нижнюю пограничную кривую (участок АК) и верхнюю пограничную кривую (участок KF).

На рис.3.3 и 3.4 линия BF, где смыкаются области трех двухфазных состояний, - это растянутая тройная точка Т с рис3.1 и 3.2.

При плавлении вещества, которое, как и парообразование, протекает при постоянной температуре, образуется равновесная двухфазная смесь твердой и жидкой фаз. Значения удельного объема жидкой фазы в составе двухфазной смеси снимаются на рис3.3 с кривой АN, а значения удельного объема твердой фазы – с кривой ВЕ.

Внутри области, ограниченной контуром AKF, вещество представляет собой смесь двух фаз: кипящей жидкости (Ж) и сухого насыщенного пара (П).

Вследствие аддитивности объема удельный объем такой двухфазной смеси определяется по формуле

(3.1)

где V' и V'' – соответственно удельные объемы кипящей жидкости и сухого насыщенного пара;

Х – массовая доля сухого насыщенного пара в двухфазной смеси.

Аналогичным образом определяются и другие аддитивные величины равновесной смеси жидкости и пара:

удельная энтальпия :

удельная энтропия:

3. Особые точки фазовых диаграмм

   1. Тройная точка

Тройная точка – это точка, в которой сходятся кривые равновесия трех фаз. На рис.3.1 и 3.2 – это точка Т.

Некоторые чистые вещества, например, сера, углерод и др., в твердом агрегатном состоянии имеют несколько фаз (модификаций).

В жидком и газообразном состояниях модификации отсутствуют.

В соответствии с уравнением (1.3) в однокомпонентной термодеформационной системе одновременно находиться в равновесии могут не более трех фаз.

Если у вещества в твердом состоянии существуют несколько модификаций, то общее количество фаз вещества в сумме превышает три и такое вещество должно иметь несколько тройных точек. В качестве примера на рис.3.5 приведена фазовая Р –Т диаграмма вещества, имеющего две модификации в твердом агрегатном состоянии.

Рис.3.5. Фазовая Р-Т диаграмма вещества с двумя кристаллическими фазами

Обозначения:

I – жидкая фаза;

II – газообразная фаза;

III₁ и III₂ – модификации в твердом агрегатном состоянии (кристаллические фазы)

В тройной точке Т₁ в равновесии находятся: газообразная, жидкая и кристаллическая фаза III_2. Эта точка является основной тройной точкой.

В тройной точке Т₂ в равновесии находятся: жидкая и две кристаллические фазы.

В тройной точке Т₃ в равновесии находятся газообразная и две кристаллические фазы.

У воды известно пять кристаллических модификаций (фаз): III_1, III₂, III₃, III₅, III₆.

Обычный лед – это кристаллическая фаза III₁, а остальные модификации образуются при очень больших давлениях, составляющих тысячи МПа.

Обычный лед существует до давления 204,7 МПа и температуры – 22⁰С.

Остальные модификации (фазы) – это лед плотнее воды. Один из этих льдов – « горячий лед » наблюдался при давлении 2000 МПа вплоть до температуры + 80⁰С.

Термодинамические параметры основной тройной точки воды следующие:

Т_тр = 273,16 К = 0,01⁰С;

Р_тр = 610,8 Па;

V_тр = 0,001 м³/кг.

Аномалия кривой плавления ( ) существует только для обычного льда.