Агрегатное состояние — это основная макроскопическая форма, в которой находится вещество, определяющая его основные физические свойства. Эти свойства являются результатом поведения частиц, из которых состоит это вещество. Качественно подготовиться к ЕГЭ по физике можно тут https://skysmart.ru/repetitors/fizika/podgotovka-k-ege.
Агрегатное состояние зависит от преобладающих термодинамических условий (температура, давление).
При определенных термодинамических условиях данное агрегатное состояние является предпочтительным для данного вещества. Например, при нормальных условиях вода является жидкостью, ртуть тоже, водород находится в летучем состоянии, а железо находится в твердом состоянии. Изменение температуры или давления может изменить агрегатное состояние, тогда, например, вода может перейти в твердое состояние (лед) или летучее состояние (водяной пар).
Разделение
Классически различают три фазы концентрации:
- Твердое состояние (твердое), при котором форма и объем вещества хорошо сохраняются и трудно изменяются (твердые тела не сжимаемы).
- Жидкое состояние (жидкость) — при котором форма вещества перенимается из формы сосуда, а объем трудно изменить (жидкости не сжимаемы).
- Летучее, газообразное состояние (газ) — при котором форма изменяется вместе с сосудом и легко изменяется объем (газы сжимаемы).
В последнее время выделяют четвертое и даже пятое состояние вещества:
- плазма,
- Конденсат Бозе-Эйнштейна.
Плазма является наиболее распространенным состоянием материи во Вселенной.
Агрегатное состояние вещества зависит от отношения кинетической энергии составляющих его молекул к энергии взаимодействия между этими молекулами. Если это частное велико, то вещество находится в газообразном состоянии.
Фаза
Фаза — это совокупность всех частей данной системы с одинаковым химическим составом и физическими свойствами, четко разграниченная так называемыми границами раздела.
Флюиды обычно встречаются только в одной фазе (хотя бывают и исключения).
Твердые тела могут находиться в разных фазах. Это называется полиморфизмом. Лучшим примером является углерод, который может быть в виде графита, фуллерена, алмаза. Даже обычный лед может образовывать несколько разных фаз.
Фаза обладает тем свойством, что она стабильна при одних и тех же температуре и давлении.
В условиях термодинамического равновесия может случиться так, что данное вещество может существовать одновременно в двух различных фазах. Это так называемое фазовое равновесие. Его нарушение вызывает так называемый фазовый переход из одного состояния в другое, о котором будет рассказано в отдельной статье.
Разделение фаз
жидкие фазы:
- газ,
- плазма,
- нейтронная плазма,
- кварковая плазма,
- жидкость,
- сверхтекущая фаза,
- жидкие кристаллы;
твердые фазы:
- кристаллы,
- пластиковые кристаллы,
- кристаллы кодиса,
- аморфное состояние.
Правило фаз Гиббса
В состоянии фазового равновесия термодинамической системы, состоящей из n компонентов с s степенями свободы, выполняется равенство:
f+s=n+2
где:
f — максимальное количество фаз ( n +2- s ),s — число степеней свободы,n — количество компонентов.
Понятие степеней свободы , т.е. наименьшего числа независимых переменных, необходимых для однозначного описания состояния системы, еще нуждается в уточнении. Для термодинамических систем число степеней свободы определяется как число независимых параметров, которые можно изменять, не меняя числа и типа фаз системы. В простейшем случае есть три параметра: давление ( p ), температура ( T ) и объем ( V ). Они взаимосвязаны (например, уравнением Клапейрона ), поэтому только два из этих трех параметров могут изменяться независимо.
Пример
Если у нас есть чистое вещество, то оно состоит из n=1 компонентов. Число степеней свободы может быть различным, равным 0, 1 или 2. Таким образом, максимальное число фаз равно 3. Таким образом, для химически чистого вещества не может быть определяемой термодинамическими условиями точки, в которой четыре фазы находятся в равновесие.
