Gibbs-fázis szabály kalkulátor termodinamikai rendszerekhez
Számítsa ki a szabadsági fokokat termodinamikai rendszerekben a Gibbs-fázis szabály segítségével. Adja meg az elemek és fázisok számát az egyensúlyi állapotok elemzéséhez a fizikai kémiában.
Gibbs-féle fázisszabály kalkulátor
Gibbs-féle fázisszabály képlete
F = C - P + 2
Ahol F a szabadsági fokok száma, C az összetevők száma, és P a fázisok száma
Eredmény
Vizualizáció
Dokumentáció
Gibbs' Fázis Szabály Kalkulátor
Bevezetés
A Gibbs' Fázis Szabály egy alapvető elv a fizikai kémiában és a termodinamikában, amely meghatározza a szabadsági fokok számát egy egyensúlyi állapotban lévő termodinamikai rendszerben. Az amerikai fizikus, Josiah Willard Gibbs után elnevezett szabály matematikai kapcsolatot ad a komponensek, fázisok és a rendszer teljes specifikálásához szükséges változók szám között. A Gibbs' Fázis Szabály Kalkulátor egy egyszerű és hatékony módot kínál a szabadsági fokok meghatározására bármilyen kémiai rendszer esetében, csupán a jelen lévő komponensek és fázisok számának megadásával.
A fázis szabály elengedhetetlen a fázis egyensúlyok megértéséhez, a szétválasztási folyamatok tervezéséhez, a geológiában a ásványi assemblage-ek elemzéséhez, és új anyagok fejlesztéséhez az anyagtudományban. Legyen szó diákokról, akik a termodinamikát tanulják, kutatókról, akik többkomponensű rendszerekkel dolgoznak, vagy mérnökökről, akik kémiai folyamatokat terveznek, ez a kalkulátor gyors és pontos eredményeket nyújt, hogy segítsen megérteni a rendszer variabilitását.
Gibbs' Fázis Szabály Fórmájának
A Gibbs' Fázis Szabály a következő képlettel fejezhető ki:
Ahol:
- F a szabadsági fokokat (vagy varianciát) jelenti - az intenzív változók számát, amelyeket függetlenül lehet megváltoztatni anélkül, hogy megzavarnánk az egyensúlyban lévő fázisok számát
- C a komponensek számát jelenti - a rendszer kémiailag független alkotói
- P a fázisok számát jelenti - a rendszer fizikailag megkülönböztethető és mechanikusan elválasztható részei
- 2 a két független intenzív változót jelenti (tipikusan hőmérséklet és nyomás), amelyek befolyásolják a fázis egyensúlyokat
Matematikai Alap és Levezetés
A Gibbs' Fázis Szabály a termodinamikai alapelvekből származik. Egy C komponensből álló rendszer, amely P fázisban oszlik el, minden fázis leírható C - 1 független összetételi változóval (molekuláris arányok). Ezenkívül van még 2 további változó (hőmérséklet és nyomás), amelyek az egész rendszert befolyásolják.
A változók összesített száma tehát:
- Összetételi változók: P(C - 1)
- További változók: 2
- Összesen: P(C - 1) + 2
Egyensúlyban a minden komponens kémiai potenciáljának egyenlőnek kell lennie minden fázisban, ahol jelen van. Ez (P - 1) × C független egyenletet (kényszert) ad nekünk.
A szabadsági fokok (F) a változók számának és a kényszerek számának különbsége:
Egyszerűsítve:
Szélsőséges Esetek és Korlátozások
-
Negatív Szabadsági Fokok (F < 0): Ez egy túlspecifikált rendszert jelez, amely nem tud egyensúlyban létezni. Ha a számítások negatív értéket adnak, a rendszer fizikailag lehetetlen a megadott körülmények között.
-
Nulla Szabadsági Fok (F = 0): Ismert invariáns rendszer, ami azt jelenti, hogy a rendszer csak egy adott hőmérséklet és nyomás kombinációjában létezhet. Példák közé tartozik a víz hármas pontja.
-
Egy Szabadsági Fok (F = 1): Egy univariáns rendszer, ahol csak egy változó változtatható függetlenül. Ez a fázisdiagramon lévő vonalaknak felel meg.
-
Különleges Eset - Egy Komponensű Rendszerek (C = 1): Egy egykomponensű rendszer, mint a tiszta víz, a fázis szabály egyszerűsödik F = 3 - P. Ez magyarázza, hogy a hármas pont (P = 3) nulla szabadsági fokkal rendelkezik.
-
Nem-Integer Komponensek vagy Fázisok: A fázis szabály diszkrét, számlálható komponenseket és fázisokat feltételez. A tört értékeknek nincs fizikai jelentése ebben a kontextusban.
Hogyan Használjuk a Gibbs' Fázis Szabály Kalkulátort
Kalkulátorunk egy egyszerű módot kínál a szabadsági fokok meghatározására bármilyen rendszer esetében. Kövesse az alábbi egyszerű lépéseket:
-
Adja Meg a Komponensek Számát (C): Írja be a rendszerben lévő kémiailag független alkotók számát. Ez pozitív egész szám kell legyen.
-
Adja Meg a Fázisok Számát (P): Írja be az egyensúlyban lévő fizikailag megkülönböztethető fázisok számát. Ez pozitív egész szám kell legyen.
-
Nézze Meg az Eredményt: A kalkulátor automatikusan kiszámítja a szabadsági fokokat a F = C - P + 2 képlet segítségével.
-
Értelmezze az Eredményt:
- Ha F pozitív, az a függetlenül változtatható változók számát jelenti.
- Ha F nulla, a rendszer invariáns (csak specifikus körülmények között létezik).
- Ha F negatív, a rendszer nem tud egyensúlyban létezni a megadott körülmények között.
Példa Számítások
-
Víz (H₂O) a hármas pontnál:
- Komponensek (C) = 1
- Fázisok (P) = 3 (szilárd, folyékony, gáz)
- Szabadsági Fokok (F) = 1 - 3 + 2 = 0
- Értelmezés: A hármas pont csak egy adott hőmérsékleten és nyomáson létezik.
-
Kétkomponensű keverék (pl. só-víz) két fázissal:
- Komponensek (C) = 2
- Fázisok (P) = 2 (szilárd só és sóoldat)
- Szabadsági Fokok (F) = 2 - 2 + 2 = 2
- Értelmezés: Két változó változtatható függetlenül (pl. hőmérséklet és nyomás vagy hőmérséklet és összetétel).
-
Ternáris rendszer négy fázissal:
- Komponensek (C) = 3
- Fázisok (P) = 4
- Szabadsági Fokok (F) = 3 - 4 + 2 = 1
- Értelmezés: Csak egy változó változtatható függetlenül.
Használati Esetek a Gibbs' Fázis Szabályhoz
A Gibbs' Fázis Szabály számos alkalmazással bír különböző tudományos és mérnöki területeken:
Fizikai Kémia és Kémiai Mérnökség
- Desztillációs Folyamat Tervezés: A változók számának meghatározása, amelyeket a szétválasztási folyamatokban irányítani kell.
- Kristályosítás: A kristályosítási feltételek megértése többkomponensű rendszerekben.
- Kémiai Reaktor Tervezés: A fázisviselkedés elemzése többkomponensű reaktorokban.
Anyagtudomány és Fémfeldolgozás
- Ötvözet Fejlesztés: A fázisok összetételének és átalakulásainak előrejelzése fémötvözetekben.
- Hőkezelési Folyamatok: Az edzés és a hűtési folyamatok optimalizálása a fázis egyensúlyok alapján.
- Kerámia Feldolgozás: A kerámiai anyagok égetése során a fázisok kialakulásának irányítása.
Geológia és Ásványtan
- Ásványi Assemblage Elemzés: A különböző nyomás- és hőmérsékleti körülmények között lévő ásványi assemblage-ek stabilitásának megértése.
- Metamorf Petrológia: A metamorf faciesek és ásványi átalakulások értelmezése.
- Magma Kristályosítás: A hűlő magmából történő ásványi kristályosítási sorrend modellezése.
Gyógyszerészeti Tudományok
- Gyógyszerformuláció: A fázis stabilitásának biztosítása gyógyszerkészítményekben.
- Fagyasztva Szárítási Folyamatok: A gyógyszerek megőrzésére szolgáló lyophilization folyamatok optimalizálása.
- Polimorfizmus Tanulmányok: Azonos kémiai vegyület különböző kristályformáinak megértése.
Környezettudomány
- Vízkezelés: A kiválás és feloldódás folyamatainak elemzése vízkezelés során.
- Légkémia: A fázisátmenetek megértése aeroszolokban és felhők kialakulásában.
- Talaj-rehabilitáció: A szennyező anyagok viselkedésének előrejelzése többfázisú talajrendszerekben.
Alternatívák a Gibbs' Fázis Szabályhoz
Bár a Gibbs' Fázis Szabály alapvető az fázis egyensúlyok elemzésében, vannak más megközelítések és szabályok, amelyek egyes alkalmazásokhoz jobban illeszkednek:
-
Módosított Fázis Szabály Reakciós Rendszerekhez: Kémiai reakciók esetén a fázis szabályt módosítani kell a kémiai egyensúlyi kényszerek figyelembevételével.
-
Duhem Tétel: Kapcsolatokat biztosít az intenzív tulajdonságok között egy egyensúlyi rendszerben, hasznos a fázisviselkedés specifikus típusainak elemzésében.
-
Lever Szabály: A fázisok relatív mennyiségeinek meghatározására szolgál bináris rendszerekben, kiegészítve a fázis szabályt kvantitatív információkkal.
-
Fázismező Modellek: Számítógépes megközelítések, amelyek képesek kezelni a klasszikus fázis szabály által nem lefedett komplex, nem egyensúlyi fázisátmeneteket.
-
Statisztikai Termodinamikai Megközelítések: Olyan rendszerek esetében, ahol a molekuláris szintű kölcsönhatások jelentősen befolyásolják a fázis viselkedést, a statisztikai mechanika részletesebb betekintést nyújt, mint a klasszikus fázis szabály.
A Gibbs' Fázis Szabály Története
J. Willard Gibbs és a Kémiai Termodinamika Születése
Josiah Willard Gibbs (1839-1903), amerikai matematikai fizikus, először 1875 és 1878 között publikálta a fázis szabályt "A Heterogén Anyagok Egyensúlyáról" című munkájában. Ez a munka a 19. század legnagyobb fizikai tudományos teljesítményei közé tartozik, és megalapozta a kémiai termodinamikát.
Gibbs a fázis szabályt a termodinamikai rendszerek átfogó kezelésének részeként fejlesztette ki. Annak ellenére, hogy rendkívüli fontosságú volt, Gibbs munkáját kezdetben figyelmen kívül hagyták, részben matematikai összetettsége miatt, részben pedig azért, mert a Connecticut Academy of Sciences Transactions című folyóiratban jelent meg, amelynek korlátozott volt a terjesztése.
Elismerés és Fejlesztés
Gibbs munkájának jelentőségét először Európában ismerték fel, különösen James Clerk Maxwell, aki gipszből készült modellt készített Gibbs termodinamikai felületének illusztrálására. Wilhelm Ostwald 1892-ben lefordította Gibbs írásait németre, segítve ezzel az ötleteinek elterjedését Európában.
A holland fizikus, H.W. Bakhuis Roozeboom (1854-1907) kulcsszerepet játszott a fázis szabály alkalmazásában kísérleti rendszerekben, bemutatva annak gyakorlati hasznosságát a komplex fázisdiagramok megértésében. Munkája segített a fázis szabályt a fizikai kémiában alapvető eszközként megerősíteni.
Modern Alkalmazások és Kiterjesztések
A 20. században a fázis szabály a korszerű anyagtudomány, fémfeldolgozás és kémiai mérnökség sarokkövévé vált. Olyan tudósok, mint Gustav Tammann és Paul Ehrenfest kiterjesztették alkalmazásait bonyolultabb rendszerekre.
A szabályt különféle különleges esetekre módosították:
- Külső mezők (gravitációs, elektromos, mágneses) alatt álló rendszerek
- Olyan rendszerek, ahol a felületi hatások jelentősek
- Nem egyensúlyi rendszerek, amelyek további kényszereket tartalmaznak
Ma a termodinamikai adatbázisokon alapuló számítógépes módszerek lehetővé teszik a fázis szabály alkalmazását egyre bonyolultabb rendszerekre, lehetővé téve a fejlett anyagok tervezését pontosan szabályozott tulajdonságokkal.
Kód Példák a Szabadsági Fokok Számításához
Itt van néhány példa a Gibbs' Fázis Szabály kalkulátor implementálására különböző programozási nyelveken:
1' Excel függvény a Gibbs' Fázis Szabályhoz
2Function GibbsPhaseRule(Components As Integer, Phases As Integer) As Integer
3 GibbsPhaseRule = Components - Phases + 2
4End Function
5
6' Példa használat egy cellában:
7' =GibbsPhaseRule(3, 2)
8
1def gibbs_phase_rule(components, phases):
2 """
3 Szabadsági fokok kiszámítása a Gibbs' Fázis Szabály segítségével
4
5 Args:
6 components (int): A rendszerben lévő komponensek száma
7 phases (int): A rendszerben lévő fázisok száma
8
9 Returns:
10 int: Szabadsági fokok
11 """
12 if components <= 0 or phases <= 0:
13 raise ValueError("A komponenseknek és fázisoknak pozitív egész számoknak kell lenniük")
14
15 degrees_of_freedom = components - phases + 2
16 return degrees_of_freedom
17
18# Példa használat
19try:
20 c = 3 # Három komponensű rendszer
21 p = 2 # Két fázis
22 f = gibbs_phase_rule(c, p)
23 print(f"A {c} komponensű és {p} fázisú rendszer {f} szabadsági fokkal rendelkezik.")
24
25 # Szélsőséges eset: Negatív szabadsági fok
26 c2 = 1
27 p2 = 4
28 f2 = gibbs_phase_rule(c2, p2)
29 print(f"A {c2} komponensű és {p2} fázisú rendszer {f2} szabadsági fokkal rendelkezik (fizikailag lehetetlen).")
30except ValueError as e:
31 print(f"Hiba: {e}")
32
1/**
2 * Szabadsági fokok kiszámítása a Gibbs' Fázis Szabály segítségével
3 * @param {number} components - A rendszerben lévő komponensek száma
4 * @param {number} phases - A rendszerben lévő fázisok száma
5 * @returns {number} Szabadsági fokok
6 */
7function calculateDegreesOfFreedom(components, phases) {
8 if (!Number.isInteger(components) || components <= 0) {
9 throw new Error("A komponenseknek pozitív egész számnak kell lenniük");
10 }
11
12 if (!Number.isInteger(phases) || phases <= 0) {
13 throw new Error("A fázisoknak pozitív egész számnak kell lenniük");
14 }
15
16 return components - phases + 2;
17}
18
19// Példa használat
20try {
21 const components = 2;
22 const phases = 1;
23 const degreesOfFreedom = calculateDegreesOfFreedom(components, phases);
24 console.log(`A ${components} komponensű és ${phases} fázisú rendszer ${degreesOfFreedom} szabadsági fokkal rendelkezik.`);
25
26 // Víz hármas pont példája
27 const waterComponents = 1;
28 const triplePointPhases = 3;
29 const triplePointDoF = calculateDegreesOfFreedom(waterComponents, triplePointPhases);
30 console.log(`A víz a hármas pontnál (${waterComponents} komponens, ${triplePointPhases} fázis) ${triplePointDoF} szabadsági fokkal rendelkezik.`);
31} catch (error) {
32 console.error(`Hiba: ${error.message}`);
33}
34
1public class GibbsPhaseRuleCalculator {
2 /**
3 * Szabadsági fokok kiszámítása a Gibbs' Fázis Szabály segítségével
4 *
5 * @param components A rendszerben lévő komponensek száma
6 * @param phases A rendszerben lévő fázisok száma
7 * @return Szabadsági fokok
8 * @throws IllegalArgumentException ha a bemenet érvénytelen
9 */
10 public static int calculateDegreesOfFreedom(int components, int phases) {
11 if (components <= 0) {
12 throw new IllegalArgumentException("A komponenseknek pozitív egész számnak kell lenniük");
13 }
14
15 if (phases <= 0) {
16 throw new IllegalArgumentException("A fázisoknak pozitív egész számnak kell lenniük");
17 }
18
19 return components - phases + 2;
20 }
21
22 public static void main(String[] args) {
23 try {
24 // Bináris eutektikus rendszer példa
25 int components = 2;
26 int phases = 3;
27 int degreesOfFreedom = calculateDegreesOfFreedom(components, phases);
28 System.out.printf("A %d komponensű és %d fázisú rendszer %d szabadsági fokkal rendelkezik.%n",
29 components, phases, degreesOfFreedom);
30
31 // Ternáris rendszer példa
32 components = 3;
33 phases = 2;
34 degreesOfFreedom = calculateDegreesOfFreedom(components, phases);
35 System.out.printf("A %d komponensű és %d fázisú rendszer %d szabadsági fokkal rendelkezik.%n",
36 components, phases, degreesOfFreedom);
37 } catch (IllegalArgumentException e) {
38 System.err.println("Hiba: " + e.getMessage());
39 }
40 }
41}
42
1#include <iostream>
2#include <stdexcept>
3
4/**
5 * Szabadsági fokok kiszámítása a Gibbs' Fázis Szabály segítségével
6 *
7 * @param components A rendszerben lévő komponensek száma
8 * @param phases A rendszerben lévő fázisok száma
9 * @return Szabadsági fokok
10 * @throws std::invalid_argument ha a bemenet érvénytelen
11 */
12int calculateDegreesOfFreedom(int components, int phases) {
13 if (components <= 0) {
14 throw std::invalid_argument("A komponenseknek pozitív egész számnak kell lenniük");
15 }
16
17 if (phases <= 0) {
18 throw std::invalid_argument("A fázisoknak pozitív egész számnak kell lenniük");
19 }
20
21 return components - phases + 2;
22}
23
24int main() {
25 try {
26 // 1. példa: Víz-só rendszer
27 int components = 2;
28 int phases = 2;
29 int degreesOfFreedom = calculateDegreesOfFreedom(components, phases);
30 std::cout << "A " << components << " komponensű és "
31 << phases << " fázisú rendszer " << degreesOfFreedom
32 << " szabadsági fokkal rendelkezik." << std::endl;
33
34 // 2. példa: Komplex rendszer
35 components = 4;
36 phases = 3;
37 degreesOfFreedom = calculateDegreesOfFreedom(components, phases);
38 std::cout << "A " << components << " komponensű és "
39 << phases << " fázisú rendszer " << degreesOfFreedom
40 << " szabadsági fokkal rendelkezik." << std::endl;
41 } catch (const std::exception& e) {
42 std::cerr << "Hiba: " << e.what() << std::endl;
43 return 1;
44 }
45
46 return 0;
47}
48
Számszerű Példák
Itt van néhány gyakorlati példa a Gibbs' Fázis Szabály különböző rendszerekre történő alkalmazására:
1. Tiszta Víz Rendszer (C = 1)
Szenárió | Komponensek (C) | Fázisok (P) | Szabadsági Fokok (F) | Értelmezés |
---|---|---|---|---|
Folyékony víz | 1 | 1 | 2 | Mind a hőmérséklet, mind a nyomás függetlenül változtatható |
Forrásban lévő víz | 1 | 2 (folyékony + gőz) | 1 | Csak egy változó változtatható (pl. a nyomás meghatározza a forrásponti hőmérsékletet) |
Hármas pont | 1 | 3 (szilárd + folyékony + gáz) | 0 | Nincsenek változók, amelyeket meg lehet változtatni; csak egy adott hőmérsékleten és nyomáson létezik |
2. Kétkomponensű Rendszerek (C = 2)
Rendszer | Komponensek (C) | Fázisok (P) | Szabadsági Fokok (F) | Értelmezés |
---|---|---|---|---|
Sóoldat (egyfázisú) | 2 | 1 | 3 | A hőmérséklet, a nyomás és a koncentráció mind változtatható |
Sóoldat szilárd sóval | 2 | 2 (szilárd só és sóoldat) | 2 | Két változó változtatható (pl. hőmérséklet és nyomás) |
Só-víz eutektikus pont | 2 | 3 | 1 | Csak egy változó változtatható |
3. Ternáris Rendszerek (C = 3)
Rendszer | Komponensek (C) | Fázisok (P) | Szabadsági Fokok (F) | Értelmezés |
---|---|---|---|---|
Három komponensű ötvözet (egyfázisú) | 3 | 1 | 4 | Négy változó függetlenül változtatható |
Három komponensű rendszer két fázissal | 3 | 2 | 3 | Három változó változtatható |
Három komponensű rendszer négy fázissal | 3 | 4 | 1 | Csak egy változó változtatható |
Három komponensű rendszer öt fázissal | 3 | 5 | 0 | Invariáns rendszer; csak specifikus körülmények között létezik |
4. Szélsőséges Esetek
Rendszer | Komponensek (C) | Fázisok (P) | Szabadsági Fokok (F) | Értelmezés |
---|---|---|---|---|
Egy komponensű rendszer négy fázissal | 1 | 4 | -1 | Fizikailag lehetetlen rendszer |
Két komponensű rendszer öt fázissal | 2 | 5 | -1 | Fizikailag lehetetlen rendszer |
Gyakran Ismételt Kérdések
Mi a Gibbs' Fázis Szabály?
A Gibbs' Fázis Szabály egy alapvető elv a termodinamikában, amely a szabadsági fokok (F) számát kapcsolja össze egy termodinamikai rendszerben a komponensek (C) és fázisok (P) számával a F = C - P + 2 képlet segítségével. Segít meghatározni, hány változót lehet függetlenül megváltoztatni anélkül, hogy megzavarnánk a rendszer fázisait.
Mik a szabadsági fokok a Gibbs' Fázis Szabályban?
A szabadsági fokok a Gibbs' Fázis Szabályban az intenzív változók (például hőmérséklet, nyomás vagy koncentráció) számát jelentik, amelyeket függetlenül lehet változtatni anélkül, hogy megváltoztatnánk a rendszerben lévő fázisok számát. Ezek jelzik a rendszer variabilitását vagy a rendszer teljes meghatározásához szükséges paraméterek számát.
Hogyan számolom ki a rendszerben lévő komponensek számát?
A komponensek a rendszer kémiailag független alkotói. A komponensek számának meghatározásához:
- Kezdje a jelen lévő kémiai fajok összes számával
- Vonja le a független kémiai reakciók vagy egyensúlyi kényszerek számát
- Az eredmény a komponensek száma
Például egy víz (H₂O) rendszerben, bár hidrogén és oxigén atomokat tartalmaz, ha nincsenek kémiai reakciók, akkor egy komponensnek számít.
Mi számít fázisnak a Gibbs' Fázis Szabályban?
A fázis egy fizikailag megkülönböztethető és mechanikusan elválasztható része a rendszernek, amelyen belül egyenletes kémiai és fizikai tulajdonságok vannak. Példák közé tartozik:
- Különböző halmazállapotok (szilárd, folyékony, gáz)
- Összeférhetetlen folyadékok (például olaj és víz)
- Azonos anyag különböző kristályszerkezetei
- Különböző összetételű oldatok
Mit jelent a negatív érték a szabadsági fokok esetében?
A negatív szabadsági fok értéke egy fizikailag lehetetlen rendszert jelez egyensúlyban. Ez azt sugallja, hogy a rendszernek több fázisa van, mint amit a megadott komponensek stabilizálni tudnának. Az ilyen rendszerek nem tudnak stabil egyensúlyi állapotban létezni, és spontán módon csökkenteni fogják a jelen lévő fázisok számát.
Hogyan kapcsolódik a Gibbs' Fázis Szabály a fázisdiagramokhoz?
A fázisdiagramok grafikus ábrázolások a különböző fázisok létezésének feltételeiről egyensúlyi állapotban. A Gibbs' Fázis Szabály segít értelmezni ezeket a diagramokat azáltal, hogy jelzi:
- A fázisdiagramokon lévő területek (tartományok) F = 2 (bivariáns)
- A fázisdiagramokon lévő vonalak F = 1 (univariáns)
- A fázisdiagramokon lévő pontok F = 0 (invariáns)
A szabály magyarázza, hogy a hármas pontok miért léteznek specifikus körülmények között, és hogy miért jelennek meg a fázishatárok vonalként a nyomás-hőmérséklet diagramokon.
Alkalmazható-e a Gibbs' Fázis Szabály nem-eqilibrált rendszerekre?
Nem, a Gibbs' Fázis Szabály szigorúan csak egyensúlyi rendszerekre vonatkozik. Nem-eqilibrált rendszerek esetén módosított megközelítések vagy kinetikai megfontolások szükségesek. A szabály azt feltételezi, hogy elegendő idő eltelt ahhoz, hogy a rendszer elérje az egyensúlyt.
Hogyan befolyásolja a nyomás a fázis szabály számításait?
A nyomás az egyik két standard intenzív változó (a hőmérséklet mellett), amely a "+2" tagban szerepel a fázis szabályban. Ha a nyomást állandónak tekintjük, a fázis szabály F = C - P + 1-re egyszerűsödik. Hasonlóképpen, ha mind a nyomás, mind a hőmérséklet állandó, akkor F = C - P.
Mi a különbség az intenzív és kiterjedt változók között a fázis szabály kontextusában?
Az intenzív változók (mint például a hőmérséklet, nyomás és koncentráció) nem függenek a jelenlévő anyag mennyiségétől, és a szabadsági fokok számolásában használják őket. A kiterjedt változók (mint például térfogat, tömeg és összes energia) a rendszer méretétől függenek, és nem közvetlenül figyelembe vették a fázis szabályban.
Hogyan használják a Gibbs' Fázis Szabályt az iparban?
Az iparban a Gibbs' Fázis Szabályt használják:
- A szétválasztási folyamatok, például desztilláció és kristályosítás tervezésére és optimalizálására
- Új ötvözetek specifikus tulajdonságokkal való fejlesztésére
- A fémek hőkezelési folyamatainak irányítására
- Stabil gyógyszerkészítmények formulálására
- Geológiai rendszerek viselkedésének előrejelzésére
- Hatékony kinyerési folyamatok tervezésére hidrometallurgiában
Irodalomjegyzék
-
Gibbs, J. W. (1878). "A Heterogén Anyagok Egyensúlyáról." A Connecticut Academy of Arts and Sciences Transactions, 3, 108-248.
-
Smith, J. M., Van Ness, H. C., & Abbott, M. M. (2017). Bevezetés a Kémiai Mérnöki Termodinamikába (8. kiadás). McGraw-Hill Education.
-
Atkins, P., & de Paula, J. (2014). Atkins' Fizikai Kémia (10. kiadás). Oxford University Press.
-
Denbigh, K. (1981). A Kémiai Egyensúly Elvei (4. kiadás). Cambridge University Press.
-
Porter, D. A., Easterling, K. E., & Sherif, M. Y. (2009). Fázis Átalakulások Fémekben és Ötvözetekben (3. kiadás). CRC Press.
-
Hillert, M. (2007). Fázis Egyensúlyok, Fázisdiagramok és Fázis Átalakulások: A Thermodinamikai Alapjuk (2. kiadás). Cambridge University Press.
-
Lupis, C. H. P. (1983). Anyagok Kémiai Termodinamikája. North-Holland.
-
Ricci, J. E. (1966). A Fázis Szabály és a Heterogén Egyensúly. Dover Publications.
-
Findlay, A., Campbell, A. N., & Smith, N. O. (1951). A Fázis Szabály és Alkalmazásai (9. kiadás). Dover Publications.
-
Kondepudi, D., & Prigogine, I. (2014). Modern Termodinamika: A Hőmotoroktól a Disszipatív Szerkezetekig (2. kiadás). John Wiley & Sons.
Próbálja ki a Gibbs' Fázis Szabály Kalkulátorunkat még ma, hogy gyorsan meghatározza a szabadsági fokokat a termodinamikai rendszerében. Egyszerűen adja meg a komponensek és fázisok számát, és azonnali eredményeket kap, hogy segítsen megérteni a kémiai vagy anyagrendszere viselkedését.
Visszajelzés
Kattintson a visszajelzés toastra a visszajelzés megkezdéséhez erről az eszközről
Kapcsolódó Eszközök
Fedezzen fel több olyan eszközt, amely hasznos lehet a munkafolyamatához