Przemiany fazowe
Energia swobodna F (Hemholtza) - uniwersalne kryterium równowagi
- w przypadku równowagi w dowolnym układzie, w którym temperatura i objętość są ustalone, funkcja energii swobodnej Helmholtza F, zwana także potencjałem termodynamicznym, osiąga swoje minimum:
F = E - TS (E - energia wewnętrzna, T - temperatura bezwzględna, S - entropia)
- kryterium równowagi to osiągnięcie minimalnej F, tzn. każdy układ dąży do jak największej E (jak najsilniejsze siły oddziaływania między atomami, cząstkami) i jak najwyższej S (jak najmniejsze uporządkowanie)
Energia wewnętrzna E w wyrażeniu na energię swobodną
- suma energii potencjalnej, tj. energii wzajemnego oddziaływania, i energii kinetycznej wszystkich atomów układu. W kryształach znaczna część energii wewnętrznej wiąże się z drganiami atomów w sieci. Amplituda drgań wzrasta wraz z podwyższeniem temperatury, powodując wzrost energii wewnętrznej ∆E: ∆E = ∆Q + ∆L (∆Q - przyrost ciepła, ∆L - przyrost pracy)
Człon TS w wyrażeniu na energię swobodną (druga zasada termodynamiki)
- natura dąży ze stanów mniej prawdopodobnych (mniej powszechnych, o mniejszej liczbie możliwych rozmieszczeń, bardziej uporządkowanych) do stanów bardziej prawdopodobnych, tzn. o większej entropii (mniej uporządkowanych, bardziej powszechnych) ORAZ (objawia się w postaci ciepła i jest nazywana energią związaną.
Warunek konieczny przemiany fazowej, np. krzepnięcia
- przechłodzenie cieczy
- powstanie w cieczy zarodków krystalizacji
- rośnięcie tych zarodków i powstanie krystalitów
Wielkość krytyczna zarodka (zarodkowanie jednorodne) zależy od:
- przechłodzenia (ze wzrostem przechłodzenia maleje promień zarodka krytycznego)
Energia aktywacji przemiany (konieczna do pokonania bariera energetyczna)
- energia potrzebna do utworzenia zarodka krytycznego
- oddziela stan ciekły od stanu krystalicznego o mniejszej energii swobodnej
- im większe przechłodzenie, tym mniejsza jest energia potrzebna do utworzenia zarodka
Szybkość zarodkowania (LZ) - dlaczego krzywa LZ = f(T) ma maksimum
- - na wykresie czynnik pierwszy rośnie ze wzrostem przechłodzenia począwszy od zera w teoretycznej temperaturze krystalizacji (∆Fkr = ∞)
- drugi czynnik maleje ze spadkiem temperatury, bo ∆E jest stałe, a mianownik RT maleje. Ruchliwość atomów maleje, a lepkość cieczy szybko rośnie utrudniając i następnie uniemożliwiając powstawanie zarodków. W niskich temperaturach drugi czynnik staje się praktycznie równy zeru
- liczba zarodków będzie się zatem zmieniała w ten sposób, że w pewnej temperaturze niższej niż T
(…)
…) podkładki
- σPS < σSL - - σ - energia powierzchni granicznej między: LP - cieczą i podkładką (ciałem obcym), PS - podkładką i powstającym kryształem, SL - powstającym kryształem i cieczą
Modyfikowanie przemian fazowych - dwa sposoby działania modyfikatorów
- wprowadzenie do skrzepniętych metali w stanie ciekłym, substancji zapewniających powstanie odpowiednio aktywnych cząstek np. tlenków, azotków…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)