Nyob hauv peb lub sijhawm, physics tau dhau los ua kev tshawb fawb ntau heev. Nws yog tam sim no nyob txhua qhov chaw. Cov piv txwv tseem ceeb tshaj plaws: ib tsob ntoo txiv apple loj hlob hauv koj lub vaj, thiab cov txiv hmab txiv ntoo siav rau ntawm nws, lub sijhawm los txog thiab cov txiv apples pib poob, tab sis lawv poob rau hauv txoj kev twg? Ua tsaug rau txoj cai ntawm universal gravitation, peb fetus poob rau hauv av, uas yog, nws mus, tab sis tsis nce. Nws yog ib qho piv txwv nto moo tshaj plaws ntawm physics, tab sis cia peb ua tib zoo mloog rau cov thermodynamics, los yog ntau dua precisely, mus rau theem equilibria, uas tsis muaj tsawg tseem ceeb hauv peb lub neej.
Thermodynamics
Ua ntej, cia peb saib lub ntsiab lus no. ΘερΜοδυναΜική - qhov no yog lo lus zoo li hauv Greek. Thawj ntu ΘερΜo txhais tau tias "sov", thiab qhov thib ob δυναΜική txhais tau tias "lub zog". Thermodynamics yog ib ceg ntawm physics uas kawm txog cov khoom ntawm macroscopic system, nrog rau ntau txoj hauv kev hloov pauv thiab hloov lub zog. Hauv seem no, ntau lub xeev thiab cov txheej txheem tau kawm tshwj xeeb kom lub tswv yim ntawm qhov kub thiab txias tuaj yeem nkag mus rau hauv cov lus piav qhia (qhov no yog lub cev muaj nuj nqis uas ua rau lub cev muaj zog thiab ntsuas tau siv.qee yam khoom siv). Tag nrho cov txheej txheem txuas ntxiv hauv cov tshuab thev naus laus zis tsuas yog piav qhia los ntawm cov khoom siv me me xwb (siab thiab kub, nrog rau cov ntsiab lus ntawm cov khoom sib xyaw).
Clapeyron-Clausius equation
Txhua tus kws kho mob paub txog qhov sib npaug no, tab sis cia peb rhuav tshem nws los ntawm ib qho. Nws hais txog cov txheej txheem sib npaug ntawm kev hloov pauv ntawm qee yam teeb meem ntawm ib theem mus rau lwm qhov. Qhov no tau pom meej meej hauv cov piv txwv: melting, evaporation, sublimation (ib txoj hauv kev los khaws cov khoom, uas yuav siv qhov chaw los ntawm kev tshem tawm tag nrho cov noo noo). Cov qauv qhia meej meej qhia cov txheej txheem txuas ntxiv:
- n=PV/RT;
- qhov twg T yog qhov kub ntawm cov khoom;
- P-siab;
- R-tshwj xeeb cua sov ntawm theem hloov;
- V-hloov hauv ntim tshwj xeeb.
keeb kwm ntawm kev tsim ntawm kab zauv
Qhov kev sib npaug Clausius-Clapeyron yog qhov kev piav qhia lej zoo ntawm txoj cai thib ob ntawm thermodynamics. Kuj tseem hu ua "Clausius inequality". Lawm, lub theorem tau tsim los ntawm tus kws tshawb fawb nws tus kheej, uas xav piav qhia txog kev sib raug zoo ntawm cov cua sov hauv qhov system thiab entropy, nrog rau nws ib puag ncig. Qhov kev sib npaug no tau tsim los ntawm Clausius hauv nws qhov kev sim piav qhia thiab ntsuas qhov ntsuas ntawm entropy. Nyob rau hauv qhov kev txiav txim siab, lub theorem muab lub sijhawm rau peb los txiav txim seb tus txheej txheem cyclic puas thim rov qab lossis tsis rov qab los. Qhov kev tsis sib xws no muab peb cov qauv ntau kom nkag siab txog txoj cai thib ob.
Tus kws tshawb fawb yog ib tus thawj coj ua haujlwm ntawm lub tswv yim ntawm entropy, thiab txawm muab nwsnpe txheej txheem. Tam sim no lub npe hu ua Clausius's theorem tau luam tawm thawj zaug hauv xyoo 1862 hauv Rudolf txoj haujlwm thib rau, Ntawm Kev Siv Txoj Kev Hloov Hloov Sib Piv rau Kev Ua Haujlwm Sab Hauv. Tus kws tshawb fawb tau sim ua kom pom qhov kev sib raug zoo ntawm entropy thiab lub zog ntws los ntawm cua sov (δ Q) hauv qhov system. Hauv kev tsim kho, lub zog thermal no tuaj yeem hloov mus ua haujlwm, thiab nws tuaj yeem hloov mus rau hauv cov cua sov los ntawm cov txheej txheem cyclic. Rudolph tau ua pov thawj tias "cov lej lej ntawm txhua qhov kev hloov pauv tshwm sim hauv cov txheej txheem cyclic tsuas yog tsawg dua xoom lossis, qhov xwm txheej hnyav, sib npaug rau xoom."
kaw qhov kev cais tawm
Kev cais tawm yog ib qho ntawm cov hauv qab no:
- Lub cev lub cev nyob deb ntawm lwm tus uas tsis cuam tshuam nrog lawv.
- Lub tshuab ntsuas cua sov kaw los ntawm cov phab ntsa tsis txav mus los uas tsis muaj teeb meem lossis lub zog dhau mus.
Txawm hais tias qhov kev kawm muaj feem cuam tshuam nrog nws tus kheej lub ntiajteb txawj nqus, ib qho kev sib cais feem ntau yog coj dhau qhov txwv ntawm sab nraud gravitational thiab lwm yam nyob deb.
Qhov no tuaj yeem sib piv nrog dab tsi (hauv cov lus siv dav dav siv hauv thermodynamics) yog hu ua lub kaw lus kaw uas nyob ib puag ncig los ntawm cov phab ntsa xaiv los ntawm lub zog tuaj yeem hloov mus rau hauv cov cua sov lossis ua haujlwm, tab sis tsis muaj teeb meem. Thiab nrog rau qhov qhib qhov system uas qhov teeb meem thiab lub zog nkag los yog tawm, txawm hais tias nws yuav muaj ntau lub phab ntsa impenetrable hauvib feem ntawm nws ciam teb.
Ib qho kev sib cais ua raws txoj cai kev txuag. Feem ntau hauv cov thermodynamics, qhov teeb meem thiab lub zog raug suav tias yog cov ntsiab lus sib cais.
Thermodynamic hloov pauv
kom nkag siab txog quantum theem kev hloov pauv, nws yog qhov tsim nyog los sib piv nrog cov kev hloov pauv qub (tseem hu ua thermal inversions). CPT piav qhia txog cusp hauv cov khoom siv thermodynamic ntawm lub cev. Nws qhia txog kev hloov pauv ntawm cov khoom. Ib qho piv txwv zoo yog kev hloov pauv dej khov, uas piav qhia txog kev hloov pauv ntawm cov kua thiab cov khoom. Classical theem kev loj hlob yog vim muaj kev sib tw ntawm lub zog ntawm lub cev thiab lub entropy ntawm nws cov thermal fluctuations.
A classical system tsis muaj entropy ntawm xoom kub thiab yog li tsis muaj theem hloov pauv tuaj yeem tshwm sim. Lawv qhov kev txiav txim yog txiav txim los ntawm thawj qhov kev txiav txim siab tsis tu ncua thermodynamic peev xwm. Thiab, ntawm chav kawm, nws muaj thawj qhov kev txiav txim. Theem transformations los ntawm ib tug ferromagnet mus rau ib tug paramagnet yog tas mus li thiab thib ob kev txiav txim. Cov kev hloov tas li no los ntawm qhov kev txiav txim mus rau theem tsis zoo yog piav qhia los ntawm qhov kev txiav txim uas tsis yog xoom. Rau qhov saum toj no ferromagnetic transformation, qhov kev txiav txim parameter yuav yog tag nrho magnetization ntawm lub system.
Gibbs peev xwm
Lub Gibbs Dawb Zog yog qhov siab tshaj plaws ntawm kev ua haujlwm yam tsis muaj kev nthuav dav uas tuaj yeem raug tshem tawm los ntawm lub kaw lus thermodynamic kaw (uas tuaj yeem pauv cua sov thiab ua haujlwm nrog ib puag ncig). Xws liqhov txiaj ntsig siab tshaj plaws tuaj yeem tau txais tsuas yog hauv cov txheej txheem thim rov qab. Thaum lub kaw lus hloov rov qab los ntawm thawj lub xeev mus rau qhov thib ob, qhov txo qis hauv Gibbs lub zog dawb yog sib npaug rau qhov ua tau los ntawm qhov system hauv nws ib puag ncig, rho tawm haujlwm ntawm lub zog siab.
States of balance
Thermodynamic thiab mechanical equilibrium yog lub tswvyim axiomatic ntawm thermodynamics. Qhov no yog lub xeev sab hauv ntawm ib lossis ntau lub tshuab uas txuas nrog ntau dua lossis tsawg dua permeable lossis impermeable phab ntsa. Nyob rau hauv lub xeev no, tsis muaj cov ntshiab macroscopic ntws ntawm teeb meem los yog lub zog, txawm nyob rau hauv ib tug system los yog nruab nrab ntawm systems.
Nyob rau hauv nws tus kheej lub tswv yim ntawm lub xeev ntawm kev sib npaug sab hauv, kev hloov macroscopic tsis tshwm sim. Cov tshuab yog ib txhij nyob rau hauv kev sib nrig sib thermal, mechanical, chemical (constant), hluav taws xob equilibria. Tej zaum lawv yuav nyob rau hauv tib daim ntawv. Nyob rau hauv cov txheej txheem no, tag nrho cov kev pom tau txais kev cawmdim ib zaug thiab indefinitely kom txog thaum lub cev ua haujlwm tawg. Nyob rau hauv macroscopic equilibrium, zoo meej meej sib pauv hloov pauv tshwm sim. Cov pov thawj saum toj no yog qhov piav qhia lub cev ntawm lub tswv yim no.
Basics
Txhua txoj cai, theorems, qauv muaj lawv lub hauv paus. Cia peb saib 3 lub hauv paus ntawm txoj cai ntawm theem sib npaug.
- Phase yog ib hom teeb meem, homogeneous nyob rau hauv tshuaj muaj pes tsawg leeg, lub cev lub cev thiab txhua yam sib npaug. Cov theem ib txwm yog khoom, kua thiab gaseous. Ob lub kua dej tsis sib haum (los yog cov kua dej sib xyaw nrog cov sib txawv) sib cais los ntawm ib thaj tsam cais tau suav tias yog ob theem sib txawv thiab cov khoom tsis sib xws.
- Tus naj npawb ntawm cov khoom (C) yog tus naj npawb ntawm cov tshuaj lom neeg ywj pheej ntawm lub cev. Yam tsawg kawg nkaus ntawm cov hom kev ywj pheej yuav tsum tau txiav txim siab muaj pes tsawg leeg ntawm txhua theem ntawm lub cev.
- Tus naj npawb ntawm cov qib kev ywj pheej (F) hauv cov ntsiab lus no yog tus lej ntawm qhov sib txawv uas muaj kev ywj pheej ntawm ib leeg.
Kev faib tawm los ntawm theem sib npaug
- Cov kev cuam tshuam ntawm kev hloov pauv tas mus li (feem ntau hu ua cov tshuaj tiv thaiv hauv lub xeev) tshwm sim ntawm cov teeb meem sib txawv. Lawv tuaj yeem suav nrog cov ntsiab lus pom hauv cov kua (H, C), tab sis cov ntsiab lus no tau khaws cia rau hauv cov theem khoom, yog li tsis muaj cov theem ua kua cuam tshuam los ntawm cov khoom siv los yog cov khoom (H 2 O, CO2). Cov kev hloov pauv dawb huv tuaj yeem ua txuas ntxiv lossis tsis txuas ntxiv, lossis lub davhlau ya nyob twg.
- Polymorphic yog ib hom tshwj xeeb ntawm cov tshuaj tiv thaiv theem uas suav nrog cov theem ntawm cov khoom sib xws. Classical piv txwv yog cov tshuaj tiv thaiv ntawm aluminium silicates kyanite-sillimanite-andalusite, kev hloov ntawm graphite rau pob zeb diamond ntawm kev kub siab, thiab qhov sib npaug ntawm calcium carbonate.
Laws of equilibrium
Gibbs Factory Rule tau thov los ntawm Josiah Willard Gibbs hauv nws daim ntawv nto moo hu ua "Qhov Sib npaug ntawm Heterogeneous Substances", uas tau tshwm sim los ntawm 1875 txog 1878. Nws siv raunon-reactive multicomponent heterogeneous systems nyob rau hauv thermodynamic equilibrium thiab yog ib tug muab vaj huam sib luag:
- F=C-P+2;
- qhov twg F yog tus lej ntawm kev ywj pheej;
- C - tus naj npawb ntawm cov khoom;
- P - tus lej ntawm cov theem hauv qhov ntsuas kub sib npaug nrog ib leeg.
Tus naj npawb ntawm cov qib kev ywj pheej yog tus naj npawb ntawm cov tsis muaj nyob hauv ntau qhov sib txawv. Qhov loj tshaj ntawm qhov ntsuas kub tsis zoo, xws li qhov kub thiab txias, uas tuaj yeem sib txawv ib txhij thiab arbitrarily yam tsis muaj kev cuam tshuam rau ib leeg. Ib qho piv txwv ntawm ib qho kev sib xyaw ua ke yog ib qho nrog ib qho tshuaj dawb huv, thaum ob lub tshuab ua ke, xws li cov dej sib tov thiab ethanol, muaj ob qho kev ywj pheej. Hom kev hloov pauv theem (theem equilibrium) yog cov khib nyiab, kua, roj.
phase txoj cai ntawm qhov siab tsis tu ncua
Rau cov ntawv thov hauv cov ntaub ntawv tshawb fawb txog cov kev hloov pauv ntawm cov qauv sib txawv, qhov siab tsis tu ncua feem ntau tshwm sim (xws li ib qho chaw) thiab tsis quav ntsej raws li qib kev ywj pheej, yog li txoj cai dhau los: F=C - P + 1.
Cov qauv no qee zaum qhia raws li lub npe "kev cai tswjfwm theem", tab sis raws li peb paub, nws tsis muaj feem xyuam rau cov tshuab no uas raug kev kub ntxhov (piv txwv li, hauv geology), vim qhov tshwm sim ntawm cov no. kev ntxhov siab tuaj yeem ua rau muaj kev puas tsuaj loj.
Nws yuav zoo li tias theem sib npaug tsuas yog ib kab lus khoob xwb, thiab muaj ob peb txheej txheem lub cev nyob rau lub sijhawm nomuaj kev koom tes, tab sis, raws li peb tau pom, tsis muaj nws, ntau txoj cai uas peb paub tsis ua haujlwm, yog li koj yuav tsum tau paub me ntsis txog cov cim tshwj xeeb, muaj yeeb yuj, txawm tias qee qhov kev tho txawv me ntsis. Qhov kev paub no tau pab ntau tus neeg. Lawv kawm paub siv lawv li cas rau lawv tus kheej, piv txwv li, cov kws hluav taws xob, paub txog cov kev cai rau kev ua haujlwm nrog cov theem, tuaj yeem tiv thaiv lawv tus kheej kom tsis txhob muaj kev phom sij.
