Термодинамика систем с поверхностями раздела

На первый взгляд кажется, что образование монолитного соединения двух одинаковых монокристаллов с идеально гладкими и чистыми поверхностями возможно при любой температуре и без приложения внешней энергии. Для этого достаточно сблизить их поверхности на расстояние, соизмеримое с параметрами кристаллической решетки (порядка долей нанометра). Тогда между сопряженными атомами возникнут связи, граница раздела А (рис. 1.1) исчезнет и произойдет сварка. Такой процесс кажется вероятным и не противоречит второму началу термодинамики, так как свободная энергия системы при этом должна уменьшиться на величину энергии двух исчезнувших поверхностей раздела. [c.11]

Глава начинается с обсуждения основных термодинамических свойств металлов и окислов, причем основное внимание уделено тем окислам, которые могут быть использованы в виде волокон и покрытий. Затем рассмотрено применение методов термодинамики твердых растворов для оценки стабильности композитов. В обзорном плане изложены обширные литературные данные о взаимодействии жидких металлов с окислами, полученные при изучении процессов изготовления керметов и пропитки усов расплавом. Цель этого обзора —обобщить имеющуюся информацию о смачивании окислов жидкими металлами и вывести основные закономерности. Далее проанализировано соотношение между смачиванием и формированием связи в композитах. Применительно к режимам изготовления и условиям службы композитов рассматриваются диффузионная сварка и твердофазные реакции, причем более подробно— кинетика реакций металл — окисел и характеристики поверхности раздела. Глава завершается анализом имеющихся литературных данных о механических свойствах, чувствительных к состоянию поверхностей раздела. Этот анализ ограничен несколькими металлическими системами, упрочненными окислами, которые изучены в настоящее время. [c.308]

В термодинамике фазой называют совокупность изолированных поверхностью раздела гомогенных частей гетерогенной системы, каждая из которых имеет определенные термодинамические свойства. Переходы из одного фазового состояния в другое связаны с изменением взаимного расположения молекул и термодинамических свойств вещества. [c.63]

Линейное соотношение между скоростью движения поверхности раздела и движущей силой иногда обосновывается с помощью термодинамики необратимых процессов в этом случае скорость возникновения энтропии в результате необратимых процессов, происходящих в системе, записывается как произведение некото- [c.257]

Сформулируем термодинамику такой системы. Рассмотрим двухфазную систему, т. е. систему, состоящую из двух частей, разделенных поверхностью раздела,.плош,адь которой равна А (рис. 5.4). Для этой системы [c.149]

Рассмотрим тепловую трубу (ТТ) как термодинамическую систему, обменивающуюся энергией с окружающей средой (рис. 1), контрольная поверхность которой — корпус [1]. Рабочим телом в такой системе является теплоноситель, участвующий в термодинамическом цикле. В общем случае на основе 1-го закона термодинамики можно считать, что разность между подведенным и отведенным тепловыми потоками превращается в другой вид энергии qn—Qk=L. Эффективность термодинамического цикла ТТ — преобразователя тепловой энергии можно оценить с помощью термического КПД г]т = (<7и—Понятие термического КПД тепловых труб позволяет разделить их на три группы 1) преобразователи тепловой энергии в другие ее виды (генераторы) (т)т=>0) 2) классические ТТ, предназначенные в основном для передачи тепловой энергии (т)т = 0) 3) активного регулирования с использованием дополнительных внешних источников энергии нар, включая системы, обладающие холодильным эффектом (г]т=<0) . [c.7]

Во второй главе дан вывод основных типов диаграмм состояния двойных систем с помощью метода термодинамических потенциалов. Продемонстрированы возможности геометрической термодинамики при анализе тройных систем. Эта часть главы (как и раздел по четверным системам) изложена весьма сжато и не ставит своей целью научить читателя активно владеть диаграммами состояния двойных и многокомпонентных систем. Наиболее интересна во второй главе довольно подробная характеристика множества современных методов построения кривых и поверхностей ликвидуса, солидуса и фазовых равновесий в твердом состоянии. [c.5]

Раздел 3 — Неравновесные состояния условия равновесия и их применение (возрастание энтропии при необратимом адиабатическом переходе из одного равновесного состояния в другое определение энтропии неравновесных состояний определение свободной энергии для равновесного состояния изменение энтропии при необратимых процессах изменение свободной энергии при необратимых процессах условия равновесия системы замечания, связанные с уточнением физического смысла законов термодинамики фаза условие устойчивости системы, состоящей из одной фазы фазовые превращения фазовые превращения первого рода уравнение Клапейрона — Клаузиуса равновесие трех фаз поверхность термодинамического потенциала критическая точка поверхностная энергия и поверхностное натяжение роль поверхностного натяжения при образовании [c.364]

В этот момент величина потенциальной энергии системы W будет минимальна, что характерно для устойчивого равновесия (рис. 22.1, б). Стремление системы к минимуму свободной энергии соответствует второму закону термодинамики, а минимум потенциальной энергии — энергии ван-дер-ваальсовой связи. Если энергию поверхности монокристалла принять за то после соединения монокристаллов между ними устанавливается одна поверхность раздела с энергией И . Эта энергия меньше суммарной энергии двух поверхностей, т. е. 2Wa. [c.446]

Детальное изучение поверхностного слоя требовало бы знания сил взаимодействия между молекулами и представляет собой весьма сложную задачу. Мы можем, однако, в рамках термодинамики подойти к проблеме чисто феноменологически, заменив мысленно поверхностный слой бесконечно тонкой граничной поверхностью, разделяющей фазы. Опыт показывает, что поверхность раздела обладает дополнительной свободной энергией, т. е. для того чтобы при неизменной температуре увеличить площадь поверхности на 1а, надо совершить работу ас1а, где величина а не зависит от площади, но зависит только от сорта вещества обеих фаз и от температуры. Величина а имеет размерность энергии, деленной на площадь, и называется коэффициентом поверхностного натяжения. Таким образом, при учете граничных эффектов энергия двухфазной системы перестает быть аддитивной и выражается формулой [c.142]

В термодинамике доказывается, что новая фаза может появиться в системе только в том случае, если ее энергетическая характеристика, называемая свободной энергией, будет меньше, чем у существующей фазы. Выше точки кристаллизации свободная энергия жидкости меньше, чем свободная энергия кристаллов, поэтому кристаллы в этих условиях не могут существовать. Ниже точки кристаллизации свободная энергия кристаллов меньше свободной энергии жидкости, и поэтому здесь устойчива твердая фаза. При температуре кристаллизации свободные энергии жидкости и кристаллов становятся одинаковыми. Однако в этих условиях самопроизвольное появление кристаллов в жидкости еще невозможно, поскольку это не приведет к снижению величины свободной энергии всей системы в целом. Только при несколько более низкой температуре, чем кр, разница в свободной энергии твердой фсзы (кристаллов) и жидкой фазы (расплава) достигает определенной величины и в жидкости может появиться твердая фаза. Этот шаг в процессе кристаллизации называют зарождением кристаллов. Для появления зародышей кристаллов необходимо такое переохлаждение, при котором разница в свободных энергиях твердой и жидкой фаз была бы достаточной, чтобы восполнить затраты энергии на образование поверхности раздела кристалл — жидкость. [c.66]

Прежде чем закончить описание математических моделей диффузии в непрерывной среде, следует вкратце остановиться на диффузии в гетерогенных и многофазных системах. Подобные задачи возникают как в фундаментальных, так и в прикладных исследованиях. В однофазных системах уравнение баланса (1.7) выполняется всегда, по крайней мере в неподвижной лабораторной системе отсчета. Одиако в условиях фазового роста и перемещения поверхности раздела фаз уравнение (1.7) оказывается непригодным и должно быть заменено аналогичным уравнением, записанным для движущейся системы координат. Последнее уравнение будет. выполняться в каждой области гомогенности. Необходимо также задать условия сопряжения на поверхностях раздела, связывающие между собой концеитрации одного и того же компонента в двух смежных фазах. Согласно второму Закону термодинамики одним из таких условий является непрерывность химического потенциала при переходе через поверхность раздела. Часто используется второе условие, а именно непрерывность потока рассматриваемого компонента при переходе через границу фаз. Таким образом, концентрация Данного компонента i и ее градиент ие должны быть одновременно непрерывными прн переходе через поверхности раздела в гетерогенных системах. Прекрасным примером подобной диффузионной задачи может служить задача об окислении металла с образованием двух или большего числа окислов с составами, отвечающими различным стехиометрнческим соотношениям. [c.30]

Индекс Э указывает на принадлежность величины к эквимолярной поверхности. В термодинамике малых однокомпонентных систем чаще пользуются поверхностью натяжения. В этом случае запись соотношений упрощается (ср. (1.15) и (1.17)). Для очень малых пузырьков или капелек нужно считаться с возможностью изменения поверхностного натяжения по сравнению с плоской и слабо искривленной границей раздела. Но существующая теория поверхностных явлений не предсказывает вида зависимости 0 = 0 (г) и не дает критерия малости системы. Априори нельзя сказать, допустимо ли при описании спонтанного зародышеобразования использовать обычное поверхностное натяжение. К обсуждению этого вопроса возвратимся в гл. 5 на основе экспериментального материала по кинетике вскипания перегретых жидкостей. [c.24]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...