Термодинамічна рівновага

В природі речовина існує в чотирьох фазах: твердому, рідкому, газоподібному і плазмовому.

Фазою називається однорідна за хімічним складом і фізи­чними властивостями деяка частина термодинамічної системи, відокремлена від інших частин, що мають інші властивості, на границях розділу яких відбувається зміна властивостей.

Приклад: лід, вода і пар – три фазових стани, які мають однорідний хімічний склад і однакові фізичні властивості; фази мають межі розділу між собою, на яких відбувається зміна властивостей при фазових перехо­дах: плавлення льоду, випаровування води, конденсація пари, кристал­ізація води.

Існування різних фазових станів у речовини обумовлено так званим його агрегатним станом, який визначається тепловим рухом молекул (атомів) і їх взаємодією. Агрегатні стани речовини - це енергетичний стан кінетичної і потенційної енергій моле­кул (атомів). Залежно від зміни кінетичної і потенціальної енергій відбуваються переходи від однієї фази до іншої, які супроводжуються стрибкоподібними змінами фізи­чних властивостей.

Коротка характеристика агрегатних станів речовини:

Газ - агрегатний стан речовини, в якій кінетична енергія теплового руху його частинок (атомів, молекул, іонів) значно перевершує потенційну енергію взаємодії між ними, у зв'язку з чим частинки рухаються вільно, рівномірно заповнюючи у відсутності зовнішніх полів весь наданий йому об'єм.

Рідина - агрегатний стан речовини, при якому кі­нетична енергія теплового руху його частинок приблизно однакова з потенційною енергією взаємодії між ни­ми; має ближній порядок в розташуванні частинок; частинки коливаються біля положень рівноваги і порівняно рідко скоюють перескоки від одного рівноважного поло­ження до іншого.

Тверде тіло – агрегатний стан речовини, в якому кі­нетична енергія теплового руху його частинок значно менша за потенційну енергію взаємодії між ними; має дальній порядок в розташуванні частинок і кристалічну будову.

Фазові перетворення - переходи речовини з однієї фази в іншу. В термодинаміці розглядаються тільки рівноважні фазові переходи, тобто такі перетворення, при яких фізичні властивості речовин міняються стрибком, при цьому виділяється або поглинається теплота фазового переходу.

Наприклад, при випаровуванні, паротворенні і плавленні теплота поглинається, при конденсації і кристалізації теплота виділяється.

Випаровуванням називається фазовий перехід від рідини до пари (газу).

Випаровування пояснюється вильотом з поверхневого шару рідини молекул, що володіють найбільшою швидкістю і кінетичною енергією, так що в результаті випаровування рідина охолоджується.

Випаровування - процес паротворення, який відбувається з вільної поверхні рідини. Випаровування відбувається при будь-якій температурі.

Швидкість випаровування залежить від зовнішнього тиску і руху газоподібної фази над вільною поверхнею рідини.

Запропонувати учням розказати, від чого залежить інтенсивність випаровування (площі вільної поверхні, температури, зовнішнього тиску, рухи пари над рідиною, роду рідини).

Оскільки при випаровуванні відриваються і вилітають з рідини найшвидші молекули, середня кінетична енергія молекул, які залишилися зменшується. Внаслідок цього рідина під час випаровування охолоджується.

У результаті хаотичного руху над поверхнею рідини молекули рідини можуть повертатися в неї. Цей процес називають конденсацією пари.

В процесі конденсації пари виділяється стільки ж енергії, скільки було затрачено на її утворення.

Розглянути випадок випаровування рідини у відкритій посудині і в закритій.

Динамічна рівновага рідини і пари - стан, при якому за один і той же час кількість молекул, що перехо­дять з рідини в пару, і кількість молекул, що повертаються з пари в рідину, однакова.