הבדלים בין גרסאות בדף "חוק הפאזות של גיבס"

אין תקציר עריכה
== פיתוח תרמודינמי של החוק ==
נשקול תחילה מערכת של מרכיבים שונים המכילה P פאזות שונות בשיווי משקל (כל פאזה מכילה באופן כללי את כל המרכיבים במערכת), וC רכיבים בלתי תלויים שונים. {{ש}}
ע"פ חוקי ה[[תרמודינמיקה]] באופן בסיסי כל פאזה יכולה להיות מתוארת ע"י הלחץ, הטמפרטורה ו-C [[פוטנציאל כימי|פוטנציאלים כימיים]] התואמים את מס' רכיבי המערכת (ע"י ידיעת התלות הפונקציונלית של הפרמטרים הללו ניתן לתאר את המערכת במדויק). {{ש}}
התנאי לשיווי משקל בין הפאזות של רכיב מסויים הוא שהטמפרטורה, הלחץ והפוטנציאלים הכימיים של כל הפאזות יהיו שווים{{הערה|שם=לנדאו|L.D. Landau & E.M. Lifshitz, '''Statistical Physics - Course of Theoretical Physics Vol.5 - 3rd Ed. P.1''' ch. 4, Pergamon, 1980}}. ולכן, במערכת של C רכיבים שונים, נדרוש שיוויון בין הפוטנציאלים הכימיים של הפאזות השונות של כל רכיב בנפרד. כלומר:
 
הנקודה הקריטית היא הנקודה בסוף קו דו-הקיום של פאזות הגז והנוזל. בהתקרב לנקודה זו פאזות הגז והנוזל הופכות באופן הדרגתי דומות יותר ויותר, עד אשר בנקודה הקריטית הן אינן ניתנות להבחנה, ואין יותר הפרדה בין הפאזות. מעבר לנקודה הקריטית ולקו דו הקיום F=2 והלחץ והטמפ' יכולים להקבע באופן בלתי תלוי, כפי שהיה במקרה של פאזה בודדת. ולכן, באזור זה של דיאגרמת הפאזות קיימת פאזה בודדת של גז דחוס, הנקראית [[זורם]].
 
כאשר שלוש פאזות נמצאות בשיווי משקל (P=3), מחוק הפאזות נקבל ש F=0. כלומרבמקרה זה אין דרגות חופש לקביעת הפרמטרים החופשיים ולכן הלחץ והטמפ' נקבעים באופן חד ערכי עבור שיווי משקל של שלושת הפאזות במקביל (כלומר נקודה זובודדת בדיאגרמת הפאזות p-T). נקודת שיווי המשקל של שלושת הפאזות נקראת [[נקודה משולשת|הנקודה המשולשת]], ובלחץ והטמפ' המדוייקים הללו, שלושת הפאזות של החומר (גז,נוזל,מוצק) מתקיימות בשיווי משקל.
ראוי לציין כי מפגש של ארבע פאזות לא ייתכן בחומר טהור כיוון שמספר דרגות החופש לא יכול להיות שלילי. תאור זה מסביר מדוע עבור חומרים טהורים לא ניתן למצוא ארבע פאזות בשיווי משקל בשום טמפ' ולחץ. במונחי הפוטנציאלים הכימיים, עבור המקרה של ארבע פאזות ישנן 3 משוואות אילוצים על הפוטנציאלים הכימיים שבאופן כללי לא ניתן לקיימן באמצעות שני פרמטרים (לחץ וטמפ') בלבד.
 
=== מערכות בינאריות (דו-רכיביות) ===
עבור מערכות המערבות 2 רכיבים, C=2 ולכן F=4-P. בנוסף ללחץ ולטמפ' שהיוו את דרגות החופש היחידות במערכת החד-רכיבית, במקרה של מערכת בינארית נוספת דרגת חופש המגולמת בקביעת הההרכב של המערכת כלומר את ה[[ריכוז]] של כל אחד מהרכיבים בפאזות השונות.
 
על מנת לפשט את הדיון בנוגע למעברי הפאזה ואת דיאגרמות הפאזה במערכות בינאריות, בדרך כלל מקבעים את אחד הפרמטרים הגלובליים (לחץ או טמפרטורה), כך שמספר דרגות החופש הוא שוב F'=2 וכך שדיאגרמת הפאזה מייצגת את התלות בריכוז הרכיבים ובפרמטר החופשי הנוסף.
 
דוגמא למערכת בינארית היא [[סגסוגת]] מתכות אשר נקודת ההתכה שלה תלויה בריכוז של כל אחת מהמתכות בסגסוגת, כפי ניתן לראות בדיאגרמת הפאזות משמאל.
 
 
== ראו גם ==
33

עריכות