Диаграмма состояния воды

Диаграммой фазового равновесия или диаграммой состояния, или фазовой диаграммой называется геометрическое изображение равновесных состояний термодинамической системы при различных значениях параметров состояний.

Каждая точка на диаграмме состояния, именуемая фигуративной точкой, определяет численные значения параметров, характеризующих данное состояние системы. С помощью диаграмм состояний можно оценить, сколько фаз и какие конкретно фазы образуют систему при данных значениях параметров состояния.

Для однокомпонентных систем используют диаграммы состояния, показывающие зависимость между температурой и давлением.

Можно представить существование трех двухфазных и одного трехфазного равновесия для однокомпонентной системы:

Л ↔ В ↔ П.

Рассмотрим диаграмму состояния однокомпонентной системы (воды), где имеют место - три двухфазных и одно- трехфазное равновесие (рис. 4.1.).

Линии, отделяющие одну фазовую область от другой называются линиями фазовых равновесий. В данном случае кривые aa₁, aa₂ и аа₃ делят диаграмму состояния на три поля: лед, вода и пар.

Все фигуративные точки, принадлежащие одному полю, отвечают однофазному состоянию и имеют, согласно правилу фаз, две степени свободы: с=1-1+2=2.

Это означает, что в пределах данного фазового поля одновременное изменение двух параметров состояния не вызывает нарушения фазового равновесия.

Линия аа₁ характеризует равновесие Л ↔ П и называется кривой возгонки или сублимации. Она показывает влияние внешнего давления на температуру возгонки вещества. Вместе с тем она характеризует температурную зависимость давления насыщенного пара над твердым веществом.

Линия аа₂ соответствует двухфазному равновесию между водой и льдом. Ее называют кривой плавления, т.к. она изображает зависимость температуры плавления от внешнего давления.

Линия аа₃ соответствует двухфазному равновесию между водой и паром, характеризующийся одной степенью свободы. Это означает, что можно произвольно изменять только один из параметров состояния - р или Т. Из диаграммы также следует, что линия аа₃ характеризует зависимость давления насыщенного пара данного вещества от температуры и ее можно трактовать как зависимость температуры кипения вещества от внешнего давления. В этой связи кривая аа₃ получила название кривой кипения или кривой испарения.

На линиях может изменяться только один параметр, Т или р.

с = 1- 2 + 2 = 1

Линии равновесия аа₃ , aa₁ и аа₂ сходятся в тройной точке а, где сосуществуют все три фазы.

Согласно правилу фаз для трехфазного равновесия в однокомпонентной системе число степеней свободы равно 0. Это означает, что три фазы могут находиться в равновесии друг с другом сколь угодно долго, но при строго определенных значениях параметров состояния.

с = 1 – 3 + 2 = 0.