材料熱力學(xué)第三章

材料熱力學(xué)第三章第1頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)吉布斯自由能函數(shù)G=f(T,P)dG=-SdT+VdP第三章衡壓下，不可逆自發(fā)：討論衡壓時(shí)S與T的關(guān)系第2頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第三章dH=CpdT取298K下穩(wěn)定狀態(tài)純組元的焓為零298k討論衡壓時(shí)H與T的關(guān)系0第3頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三章G=H-TS,綜合H、S與T關(guān)系，可得出G與T的關(guān)系討論G與T的關(guān)系表明G~T曲線是凸的另外，表明G~T曲線處處連續(xù)，處處為負(fù)，斜率為負(fù)第4頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三章液固相變的G~T關(guān)系曲線，衡壓G=H-TS=U+PV-TS=U即GL=UL，Gs=Us由于UL>Us，所以GL>GsT<Tm時(shí)T=Tm、T>Tm時(shí)GL=Gs因?yàn)門升，S升，TS升，則G降由于液相原子排列更混亂，SL〉Ss,TSL>TSs,GL的下降比Gs的快，因而GL、Gs兩條曲線在一定溫度下相交，L、S處于平衡狀態(tài)GL<Gs第5頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月考慮G~P關(guān)系，衡溫高壓下，有利于高密度相的存在。dG=-SdT+VdP第6頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從熱力學(xué)角度劃分：

根據(jù)相變前后熱力學(xué)函數(shù)的變化，可將相變分為一級(jí)相變、二級(jí)相變和高級(jí)相變。第三章第二節(jié)一級(jí)相變與二級(jí)相變第7頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.一級(jí)相變：在臨界溫度、壓力時(shí)，化學(xué)位的一階偏導(dǎo)數(shù)不相等的相變。兩相能夠共存的條件是化學(xué)位相等。

相變時(shí)：體積V，熵S，熱焓H發(fā)生突變第三章第8頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一級(jí)相變時(shí)兩相的自由焓、熵及體積的變化第9頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.二級(jí)相變：在臨界溫度、臨界壓力時(shí)，化學(xué)位的一階偏導(dǎo)數(shù)相等，而二階偏導(dǎo)數(shù)不相等的相變。因?yàn)椋汉銐簾崛莶牧蠅嚎s系數(shù)第三章材料體膨脹系數(shù)第10頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月所以二級(jí)相變時(shí)，系統(tǒng)的化學(xué)勢(shì)、體積、熵?zé)o突變，但所以熱容、熱膨脹系數(shù)、壓縮系數(shù)均不連續(xù)變化，即發(fā)生實(shí)變。第三章第11頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二級(jí)相變時(shí)的自由焓、熵及體積的改變第12頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.

高級(jí)相變：在臨界溫度，臨界壓力時(shí)，一階，二階偏導(dǎo)數(shù)相等，而三階偏導(dǎo)數(shù)不相等的相變成為三級(jí)相變。實(shí)例：量子統(tǒng)計(jì)愛(ài)因斯坦玻色凝結(jié)現(xiàn)象為三級(jí)相變。依次類推，自由焓的n-1階偏導(dǎo)連續(xù)，n階偏導(dǎo)不連續(xù)時(shí)稱為高級(jí)相變。二級(jí)以上的相變稱為高級(jí)相變，一般高級(jí)相變很少，大多數(shù)相變?yōu)榈图?jí)相變。

第三章第13頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)Clausius-Clapeyron方程C-C方程導(dǎo)出交線AB的方程就是c-c方程第三章AB交線上，適用于任何單組元材料的兩相平衡第14頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月求解C-C方程假設(shè)1：液氣相變時(shí)，氣相的摩爾體積比液相的大很多；將金屬蒸汽作為理想氣體；在壓強(qiáng)及溫度改變范圍內(nèi)，相變潛熱為恒量。第三章用處：已知P1、P2、T1、T2時(shí)求ΔH；已知P1、P2、T1，求蒸汽壓對(duì)沸點(diǎn)的改變T2;已知T1、T2、ΔH時(shí)，求T1~T2范圍內(nèi)的P2。第15頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月lnA是積分常數(shù)，lnp~1/T呈直線關(guān)系，金屬固體的蒸汽壓隨溫度呈指數(shù)規(guī)律變化。第16頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三章假設(shè)2：氣相體積>>液態(tài)或固態(tài)的體積；相變潛熱ΔH因溫度而改變，ΔCp與T無(wú)關(guān)時(shí)，C為常數(shù)，此為C-C方程的又一形式，用于Cp不因溫度而改變的情況。代入第17頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月C-C方程應(yīng)用適用于一級(jí)相變：

ΔV<0,ΔH>0時(shí)，加壓時(shí)可使固體（如冰）在較低溫度下熔化；

ΔV<0,ΔH<0時(shí)，即一般金屬凝固時(shí)，增加壓強(qiáng)可使金屬的凝固點(diǎn)升高。

第三章第18頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)Ehrenfest方程適用于二級(jí)相變基本方程：第三章另一種表示形式：一定的溫度、壓力下達(dá)平衡時(shí)，α等壓膨脹系數(shù)，β等溫壓縮系數(shù)第19頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變的含義：降低到一定溫度時(shí)，其電阻會(huì)突然消失。

1911年，Onnes觀察Hg的電阻時(shí)發(fā)現(xiàn)的。低溫的獲得：去磁致冷技術(shù)超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎?jí)相變第三章第20頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月低溫的獲得：去磁致冷技術(shù)將試樣置于液氦浴中，降溫，然后加強(qiáng)磁場(chǎng)，此時(shí)試樣維持恒溫，然后在絕熱條件下去除磁場(chǎng)，試樣溫度可進(jìn)一步下降到低于液氦溫度。第三章H0是絕對(duì)零度時(shí)，破壞超導(dǎo)態(tài)所需施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度。Hc和Tc是出現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)時(shí)的臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度和臨界溫度。第21頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎?jí)相變dG=-SdT-MdHM磁化強(qiáng)度理想的超導(dǎo)體，處于超導(dǎo)態(tài)s時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零第三章臨界溫度時(shí)，dGs=dGn，n表示普通態(tài)-SsdT-MsdHc=-SndT-MndH,普通態(tài)的Mn很小-SsdT-MsdHc=-SndT-SsdT+HcdHc=-SndT(Sn-Ss)dT=-HcdHc第22頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三章轉(zhuǎn)變潛熱：T=0或Hc=0時(shí)，轉(zhuǎn)變潛熱為0，Sn=Ss說(shuō)明在臨界點(diǎn)從普通態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時(shí)，熵是連續(xù)的，為二級(jí)相變。第23頁(yè)，課件共