Исследование фазовых переходов первого рода

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Смоленский государственный университет»

Кафедра физики и технических дисциплин

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ПЕРВОГО РОДА

Выполнила:

студентка 5 курса

 физико-математического факультета направления подготовки

44.03.05 Педагогическое образование

(профиль «Физика и информатика»)

ЗАГАВАЛКО Мария Валерьевна

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, доцент

СОЛОДЧЕНКОВА Татьяна Болеславовна

Смоленск

2017

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ   ……………………………………………………….………….….3

ГЛАВА 1. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ………..6

1.1.  Понятие и свойства дисперсных систем………………….………...……...6

1.2. Классификация дисперсных систем……………………………….............13

1.3. Образованстие дисперсных систем………………………...……………...15

1.4. Понятие фазового перехода в дисперсных системах……………………..20

1.5. Классификация фазовых переходов………………………...……………..21

ГЛАВА 2. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ПЕРВОГО РОДА В ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ ……………………………………………………………………..23

2.1. Плавление и затвердевание………………………………………………...23

2.2. Кипение и конденсация……………………………………………..............28

2.3. Сублимация и десублимация…………...……………………….………….34

ГЛАВА 3. РЕШЕНИЕ  ЗАДАЧИ  СТЕФАНА  ДЛЯ  ДИСПЕРСНОЙ  СИСТЕМЫ……………………………………………………………………….35

3.1. Грунт как дисперсная система …………………………………………….35

3.2. Решение задачи Стефана в общем виде…………………………………...38      

3.3.  Применение общего решения к промерзанию песчаных и глинистых грунтов……………………………………………………………………………45

3.3.1. Грунты влажностью 15 % ……………………………………………45

3.3.2. Грунты влажностью 25 % ……………………………………………55

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….61

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………..63

ВВЕДЕНИЕ

Дисперсная система – это микрогетерогенная система, которая состоит из двух и более фаз. Непрерывная дисперсионная среда может служить одной из фаз. В объеме этой среды распределяются частицы дисперсной фазы. Как правило интервал размера частиц дисперсных фаз изменяется – от нескольких нанометров до 100 мкм. [20, с. 11]

Среди объектов, изучаемых физической химией дисперсные системы занимают важнейшее место. Это связано с их широким распространением и разнообразными способами применения, важной ролью в природе, в повседневной деятельности человека, а также в связи со специфическими физико-химическими свойствами.

К дисперсным системам относятся резко отличающиеся по фазовому и химическому физическим свойствам, составам, области применения объекты: аэрозоли (туманы, космическая пыль, дымы), золи природных минералов, золи металлов, донные отложения морей, рек и океанов, грунты и почвы, мелкие пески и т.д. 

Фаза – это термодинамически равновесное состояние вещества, которое отличается от других состояний вещества. Например, если вода содержится в закрытом сосуде, то данная система является двухфазной.  В данном случае вода является жидкой фазой, а смесь воздуха с водяными парами – газообразной. Если в воду опустить кубики льда, то такая система станет трехфазной, в которой лед – твердая фаза [14, с. 126].

Слово «фаза» обычно употребляют в значении «агрегатное состояние». Однако понятие «фаза» является более широким по значению. Вещество в одном и том же агрегатном состоянии может быть в нескольких фазах, которые различаются по своему составу и строению [1, с. 63].

При изменении внешнего воздействия на равновесную систему вещество может совершить фазовое превращение, иначе называемое фазовым переходом. Например, из одной кристаллической модификации в другую, типа «жидкость – пар», «нормальный проводник – сверхпроводник», «ферромагнетик – парамагнетик» и т. д.