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

在温度和体积不变的情况下,平衡态的自由能最小。

,因为 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

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

不能满足,物质将由化学势高的相,转变到化学势低的相去。

 

   

 

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

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

时,求水的表面强力系数 N · m -1

代入可得

m 时, ,而 Pa

所以, 可以忽略。

r 的减小而增大

m 时, m 时,

m 时,

4 .中肯半径

可知,当 确定后, 称为中肯半径。

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,