Pewna metoda wyznaczania współczynników dyfuzji jonów chlorkowych, Cl ¯
Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji....
Transcript of Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji....
![Page 1: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/1.jpg)
Termodynamika
materiałów
![Page 2: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/2.jpg)
1. Funkcje termodynamiczne, pojemność cieplna.
2. Warunki równowagi termodynamicznej w układach jedno- i wieloskładnikowych, pojęcie potencjału
chemicznego.
3. Modele roztworów: roztwór idealny, roztwór regularny. Reguły Hume-Rothery’ego.
4. Współistnienie faz- reguła faz Gibbsa.
5. Krzywe G(c) i konstrukcja diagramów fazowych w układach dwuskładnikowych. Eutektyki.
6. Wyznaczanie diagramów fazowych. Ilościowa interpretacja diagramów fazowych – reguła dźwigni.
7. Klasyfikacja Landaua przemian fazowych. Przemiany I i II rzędu. Parametr uporządkowania.
8. Defekty równowagowe i nierównowagowe. Równowagowa koncentracja defektów punktowych.
9. Druga zasada termodynamiki – procesy odwracalne i nieodwracalne.
10. Stany stacjonarne – teoria Onsagera. Efekty krzyżowe i relacje przemienności.
11. Klasyczna teoria zarodkowania homogenicznego. Zarodkowanie heterogeniczne.
12. Wzrost fazy krystalicznej. Wzrost kontrolowany interfejsem, wzrost kontrolowany dyfuzją.
13. Morfologia wzrostu – niestabilność interfejsu i wzrost dendrytyczny.
14. Całkowita szybkość przemiany – model Avramiego.
15. Dyfuzja – I i II prawo Ficka.
16. Mechanizmy dyfuzji – efekt Kirkendalla.
17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu
spinodalnego Cahna.
18. Fazy metastabilne – zamrożenie konfiguracyjne.
19. Faza szklista. Pojęcie lepkości. Przejście szkliste. Paradoks Kauzmanna.
20. Szkła metaliczne – modele struktury i własności.
Plan wykładu
![Page 3: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/3.jpg)
Układ i otoczenie
Rodzaje układów:
izolowane – nie mogą wymieniać z otoczeniem ani masy ani energii
izolowane adiabatycznie - nie mogą wymieniać z otoczeniem masy
mogąc jednocześnie wymieniać z otoczeniem energię, ale jedynie w
formie pracy
zamknięte -nie mogą wymieniać z otoczeniem masy, ale mogą
wymieniać z otoczeniem energię w formie zarówno pracy jak i
ciepła
otwarte -mogą wymieniać z otoczeniem masę oraz energię w
dowolnej formie.
UKŁADOTOCZENIE
GRANICA UKŁADU
![Page 4: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/4.jpg)
Doświadczenie Joula
![Page 5: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/5.jpg)
Układ izolowany - Wszechświat
![Page 6: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/6.jpg)
Układ izolowany adiabatycznie – termos doskonały
![Page 7: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/7.jpg)
Układ zamknięty – darmowy automat do pinballa
![Page 8: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/8.jpg)
Układ otwarty– akwarium
![Page 9: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/9.jpg)
Pojęcie funkcji stanu
![Page 10: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/10.jpg)
Energia wewnętrzna
U=Q-W
Q- ciepło dostarczone do układu
W- praca wykonana przez układ
U- funkcja stanu (zależy tylko od stanu końcowego
i początkowego)
dU=đQ-đW
đW=pdV
![Page 11: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/11.jpg)
Pojemność cieplna
Ilość ciepła zaabsorbowanego podczas jednostkowej
zmiany temperatury.
C=dQ/dT
dQ=dU+pdV
Cv=(dU/dT)V
![Page 12: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/12.jpg)
Cp i CV
(Cp-CV) - miara pracy (pdV) wykonanej przez ciało po
dostarczeniu ciepła
- współczynnik sprężystości objętościowej
pdV jest duże gdy ciało jest ściśliwe (np. gaz)
Dla ciał stałych w niewysokich ciśnieniach Cp CV
dTCU
T
T
V
2
1
1 Vp CC
V
pV
![Page 13: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/13.jpg)
Pomiar pojemności cieplnej - kalorymetr
![Page 14: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/14.jpg)
Pomiar pojemności cieplnej – skaningowa
kalorymetria różnicowa (DSC)
![Page 15: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/15.jpg)
dt
dTCdTC
dt
d
dt
dQpp
Prz
epły
w c
iepła
![Page 16: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/16.jpg)
Entalpia
Jeżeli układ może zmieniać swoją objętość, to zmiana energii
wewnętrznej nie jest równa dostarczonemu ciepłu. Energia
wraca do otocznia w postaci pracy (dU<dq)
H=U+pV
dH=dQ+Vdp dla dp=0 dH=dQ
Cp=(dH/dT)p
Dla niewysokich ciśnień człon pV można zaniedbać (UH)
![Page 17: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/17.jpg)
Jak zmierzyć entalpię ?
dTCH
T
T
p
2
1
Znając zależność Cp(T) (np. z DSC) możemy wyznaczyć zmianę
entalpii w pewnym zakresie temperatur (najczęściej potrzebne).
Standardowy poziom odniesienia: H=0 w T=298K
Cp(T) – nachylenie wykresu funkcji H(T)
![Page 18: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/18.jpg)
Kiedy zajdzie przemiana ?
A+B =>C
Czy znajomość entalpii wystarcza do
odpowiedzi na to pytanie?
![Page 19: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/19.jpg)
Entropia
p
p/2
Gaz idealny – brak zmiany entalpii (H=0)
Rośnie entropia – S>0
Czy przemiana zajdzie ? => trzeba rozważyć entalpię i entropię
BARDZO mało
prawdopodobne
![Page 20: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/20.jpg)
Jak zmierzyć entropię ?
T
dQdS dT
T
CS
T
T
p
2
1
Dla procesu odwracalnego:
![Page 21: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/21.jpg)
dTTCTH p
dTT
TCTS
p
TCp
![Page 22: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/22.jpg)
Energia swobodna
G=H-TS (energia swobodna Gibbsa)
dG=-SdT+Vdp
Energia swobodna – energia, którą można
wykorzystać do wykonania pracy mechanicznej
Reakcja zajdzie spontanicznie kiedy:
G<0
F=U-TS (energia swobodna Helmholtza)
![Page 23: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/23.jpg)
VdpSdTdG
TSHG
pTGG ,
![Page 24: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/24.jpg)
![Page 25: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/25.jpg)
Wpływ ciśnienia na równowagę fazową
VdpSdTdG Vdp
dG
T
dTSdpVdG
dTSdpVdG
m
m
V
S
VV
SS
dT
dp
mm
TSHG
TSHG
0 STHGGG
VT
H
dT
dp
eqeq
równanie Clausiusa-Clapeyrona: zależność między zmianą ciśnienia a
zmianą temperatury wzdłuż krzywej równowagi faz (eq=equlibrium)
Jeśli dwie fazy mają różne objętości
molowe to ich energie swobodne będą
zmieniały się w różny sposób wraz ze
zmieniającym się ciśnieniemw punkcie równowagi:
THS /
![Page 26: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/26.jpg)
-Fe (bcc)
FF=0.68
-Fe (fcc)
FF=0.74
0
0
HHH
VVV
HH
VV
mm
mm
0
VT
H
dT
dp
eqeq
![Page 27: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/27.jpg)
Mechanizmy pochłaniania ciepła
Cp=CS + Ce + CM
prawo Dulonga Petita:
CV,p 3R=24 J/mol·K w wysokich
temperaturach (T>TD)
S – sieć krystaliczna
E – elektrony
M – momenty magnetyczne
![Page 28: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/28.jpg)
![Page 29: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/29.jpg)
![Page 30: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/30.jpg)
Masowe ciepło właściwe w funkcji liczby atomowej
![Page 31: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/31.jpg)
![Page 32: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/32.jpg)
bcc -
stal magnetyczna
(ferrytyczna)
Tc= 7230 C
fcc -
stal niemagnetyczna
(austenityczna)
![Page 33: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/33.jpg)
Cp (T)H(T),S(T) G(T)
![Page 34: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/34.jpg)
Równowaga
• Układ jest w równowadze wtedy gdy jest w stanie najbardziej
stabilnym, czyli nie wykazuje tendencji do ulegania
przemianom w nieskończonej perspektywie czasowej.
• Układ zamknięty w warunkach stałej temperatury i ciśnienia
będzie w równowadze, gdy jego energia swobodna Gibbsa
G=H-TS będzie osiągała minimum (dG=0).
• Stan równowagi oznacza „kompromis” między niską entalpią i
wysoką entropią.
• Fazy stałe (o niskiej entropii) są stabilne w niskich
temperaturach, w wysokich temperaturach stabilne są fazy o
wysokiej entropii (ciekłe i gazowe).
![Page 35: Prezentacja programu PowerPointantonowi/TM_W_1.pdf · 2016. 11. 11. · 17. Termodynamika dyfuzji. Metastabilne i niestabilne obszary diagramu fazowego. Zarys teorii rozpadu spinodalnego](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022071409/6101960af17a277a775f56f1/html5/thumbnails/35.jpg)
konfiguracja atomów
Ener
gia
sw
obodna
Gib
bsa
dG=0
dG=0
AB
dG=0
C