ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные положения термодинамики из "Введение в технологию полупроводниковых материалов" При изучении процессов взаимодействия веществ или их фазовых превращений необходимо располагать критериями, позволяющими предопределять условия, при которых данный процесс будет протекать в нужном нам направлении, а также условия устойчивости (неизменяемости во времени) изготовленного нами материала при заданных внешних условиях. Такие критерии устанавливают с помощью термодинамики и статистической физики. [c.71] Систематическое изложение термодинамики потребовало бы много места, и в данной книге это делать нецелесообразно, поскольку имеется целый ряд учебников. Поэтому в настоящей главе изложены только те понятия, которые наиболее часто применяются в материаловедении и технологии материалов. [c.71] В термодинамике физическая или химическая система описывается определенным количеством макроскопических, измеримых параметров. Связи между этими параметрами и общие закономерности, которым они подчиняются, выводят на основе постулатов, подтвержденных опытом. [c.71] Термодинамической системой называют одно тело или совокупность тел, между которыми возможен теплообмен и диффузия хотя бы одного сорта атомов. Причем размеры этих тел должны быть такими, чтобы можно было определять их температуру и давление как статистические величины. Равновесным называют такое состояние системы, которое сохраняется неизменным сколь угодно долго. [c.71] Термодинамические системы делятся на гомогенные и гетерогенные. [c.71] Гомогенная система — это однородная система, внутри которой нет поверхностей раздела отдельных частей, различных по строению или свойствам. [c.72] Гетерогенная система — это неоднородная система, состоящая из отдельных частей, имеющих различные физические и химические свойства и отделенных друг от друга поверхностями раздела. [c.72] Фазой называют гомогенную систему, находящуюся в термодинамическом равновесии. Гетерогенная система состоит из двух или нескольких фаз. [c.72] Все чистые вещества и растворы, образующие термодинамические системы, могут находиться в одном или нескольких агрегатных состояниях — газообразном, жидком и твердом. Следует отметить, что изолированные гомогенные системы при постоянных температуре и давлении могут изменяться только путем частичного или полного фазового превращения. В гетерогенной системе при тех же условиях могут происходить химические превращения или изменение состава фаз. [c.72] давление, температура и состав могут быть определены опытным путем. Энтропия вычисляется. Отыскание законов, связывающих между собой изменение температуры, давления, концентраций и других переменных (например, внешних полей), является одной из важнейших задач теории. Термодинамика сама по себе не может определить функции /у, в и другие аналогичные функции, но она приводит к выводу, что существуют такие функции, зная которые можно вычислить уравнения приведенного вида для систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия. Эти функции названы характеристическими. Каждая характеристическая функция является таковой только при определенном выборе независимых переменных. Для наших целей наибольший интерес представляют процессы, протекающие при постоянных давлении и температуре. Поэтому будем пользоваться следующими характеристическими функциями энтропия 8 = 5 Е, V, п), энтальпия Н = Н 8, Р, ), свободная энергия Гиббса 0 = 0 Т, Р, П ). [c.72] Следует отметить, что до настоящего времени не удалось вывести такого общего уравнения состояния, которое могло бы правильно количественно и качественно описать поведение вещества в широком интервале его возможных состояний. [c.73] Внутренняя энергия Е является функцией состояния системы, а значения Q я W зависят от способа перехода системы из начального в конечное состояние. [c.73] Действительно, так как Р и V — параметры состояния, а Е — функция состояния, то и энтальпия является функцией состояния, и ее значение не зависит от пути процесса. Введение энтальпии значительно упрощает термохимические расчеты. [c.73] Знание энтальпии процесса или реакции недостаточно, чтобы определить, какая фаза из сосуществующих при данных внешних условиях является наиболее устойчивой. [c.74] В термодинамике принимается, что критерий обратимости всегда является вместе с тем критерием равновесия. [c.74] Рассмотрим фазовое превращение чистого вещества при постоянном давлении и при температуре равновесия фаз. [c.74] Таким образом, получен критерий самопроизвольного протекания любого процесса при данных внешних условиях. Однако определение изменения энтропии внешней среды крайне затруднительно. Рассматривая необратимые процессы, можно принять, что обмен тепла между системой и окружающей средой происходит обратимо, т. е. [c.75] Рассмотрим реакцию, происходящую при температуре Г, Л = б. [c.78] Сумма этих отдельных реакций дает исходную реакцию д5 = д51 + д52 + Д5з. [c.78] Вернуться к основной статье