本节以液滴形成为例,讨论表面相对相变过程的影响。
当表面为平面时,对相变不产生影响,当表面为曲面时,由于表面张力的存在,要对相变产生一定的影响。
1 .
2 .
3 .
由于我们把表面理想化为几何面,在表面上的粒子数和 两相的粒子数相比可以忽略。
所以在 3 中不含 项。
1 .热学平衡条件为
2 .其它平衡条件(力学平衡条件、相变平衡条件由自由能最小原理得到)
①设想有虚变动 ,
则有 约束条件
②自由能的变化
如果假定液滴是球形的,有
③
在温度和体积不变的情况下,平衡态的自由能最小。
,因为 和 是任意的,所以有 ,
④力学平衡条件为
由于表面张力的作用,两相平衡时,必有
当 时, ,即分界面为平面时,力学平衡条件是两相的压强相等。
⑤相变平衡条件为 ,
1 .分界面为平面时,压强为 P
2 .液面为曲面时的平衡条件
在液面为曲面时,蒸气的压强为 ,液滴的压强为
则有
设液滴的化学势随 P 的改变很小
则
把蒸气看成是理想气体
当液面为曲面时的相变平衡条件为
在实际问题中常有
所以有
3 . 的估算
把 时,求水的表面强力系数 N · m -1
代入可得
当 m 时, ,而 Pa
所以, 可以忽略。
随 r 的减小而增大
m 时, m 时,
m 时,
4 .中肯半径
由 可知,当 确定后, , 称为中肯半径。
由
当 时, ,蒸气相物质要向液滴相物质转移,液滴逐渐增大。
时, ,液滴相物质将向蒸气相物质转移,液滴随汽化而消失。
过饱和蒸气
蒸气凝结需要凝结核(灰尘或带电微粒)(应大于中肯半径?)
由涨落引而形成的液滴往往过小,不能增大。因此在非常干净的蒸气中,蒸气压可以超过饱和蒸气压而不
凝结,形成过饱和蒸气。
1 .平衡条件
力学平衡条件
相变平衡条件
所以,所有的研究相当于,把
相变平衡条件为
P 表面为平面时, 表面为曲面时的气泡内压强。
这样可有 , 时,气泡越来越大, 时,可变成气。
,才能满, ,液气两相才能平衡。
2 .液体的沸腾:液体内部有大量气泡形成,使气液分界面大大增加,于是整个液体剧烈气化。
a )一般情况,液体中溶有空气,作为核, r 足够大,
使
所以在 时,气泡增大,开始沸腾。
b )如果液体中没有现存的空气泡,由涨落形成的气泡半径很小,此时要求
,不收缩
不转移
不可能实现,只有升高温度,使 ,使 T 超过沸点,