рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Энергетические условия процесса кристаллизации. Почему превращения происходят при строго определенных температурах

Энергетические условия процесса кристаллизации. Почему превращения происходят при строго определенных температурах - Контрольная Работа, раздел Высокие технологии, материаловедение Энергетические Условия Процесса Кристаллизации. Почему Превращения Происходят...

Энергетические условия процесса кристаллизации. Почему превращения происходят при строго определенных температурах. Любое вещество, как известно, может находиться в трех агрегатных состояниях газообразном, жидком и твердом.

В чистых металлах при определенных температурах происходит изменение агрегатного стояния твердое состояние сменяется жидким при температуре плавления, жидкое состояние переходит в газообразное при температуре кипения. Температуры перехода зависят от давления но при постоянном давлении они вполне определенны. При переходе из жидкого состояния в твердое образуется кристаллическая решетка, возникают кристаллы.

Такой процесс называется кристаллизацией. Чем объясняется существование при одних температурах жидкого, а при других температурах твердого состояния и почему превращение происходит при строго определенных температурах В природе все самопроизвольно протекающие превращения, а следовательно, кристаллизация и плавление обусловлены тем, что новое состояние в новых условиях является энергетически более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии.

Поясним примером. Тяжелый шарик из положения 1 рис. 1 стремится попасть в более устойчивое положение 2, так как потенциальная энергия в положении 2 меньше, чем в положении 1. Энергетическое состояние системы, имеющей огромное число охваченных тепловым движением частиц атомов, молекул, характеризуется особой термодинамической функцией F, называемой свободной энергией свободная энергия F U ТS, где U внутренняя энергия системы Т абсолютная температура S энтропия.

Можно сказать, что чем больше свободная энергия системы, тем система менее устойчива, и если имеется возможность, то система переходит в состояние, где свободная энергия меньше подобно шарику, который скатывается из положения 1 в положение 2, если на пути нет препятствия. С изменением внешних условий, например температуры, свободная энергия системы изменяется по сложному закону, но различно для жидкого и кристаллического состояний.

Схематически характер изменения свободной энергии жидкого и твердого состояний с температурой показан на рис. 2 Выше температуры Тs, меньшей свободной энергией обладает вещество в жидком состоянии, ниже Тs вещество в твердом состоянии. Следовательно, выше Ts, вещество должно находиться в жидком состоянии, а ниже Тs, в твердом, кристаллическом. Очевидно, что при температуре, равной Ts, свободные энергии жидкого и твердого состояний равны, металл в обоих состояниях находится в равновесии.

Эта температура Ts и есть равновесная или теоретическая температура кристаллизации. Однако при Ts не может происходить процесс кристаллизации плавление, так как при данной температуре Fж Fкр и процесс Рис. 2. Изменение свободной энергии жидкого 1 и кристаллического 2 состояния в зависимости от температуры Рис. 27. Кривые охлаждения при кристаллизации кристаллизации плавления не может идти, так как при равенстве обеих фаз это не будет сопровождаться уменьшением свободной энергии.

Для начала кристаллизации необходимо, чтобы процесс был термодинамически выгоден системе и сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Из кривых, приведенных на рис. 2 видно, что это возможно только тогда, когда жидкость будет охлаждена ниже точки Ts. Температура, при которой практически начинается кристаллизация, может быть названа фактической температурой кристаллизации. Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением.

Указанные причины обусловливают и то, что обратное превращение из кристаллического состояния в жидкое может произойти только выше температуры Ts это явление называется перенагреванием. Величиной или степенью переохлаждения называют разность между теоретической и фактической температурами кристаллизации. Процесс перехода металла из жидкого состояния в кристаллическое можно изобразить кривыми в координатах время температура рис. 3. Охлаждение металла в жидком состоянии сопровождается плавным понижением температуры и может быть названо простым охлаждением, так как при этом нет качественного изменения состояния.

При достижении температуры кристаллизации на кривой температура время появляется горизонтальная площадка кривая 1, рис.3, так как отвод тепла компенсируется выделяющейся при кристаллизации скрытой теплотой кристаллизации. По окончании кристаллизации, т. е. после полного перехода в твердое состояние, температура снова начинает снижаться, и твердое кристаллическое вещество охлаждается.

Теоретически процесс кристаллизации изображается кривой 1. Кривая 2 показывает реальный процесс кристаллизации. Жидкость непрерывно охлаждается до температуры переохлаждения Тп, лежащей ниже теоретической температуры кристаллизации Ts. При охлаждении ниже температуры Ts создаются энергетические условия, необходимые для протекания процесса кристаллизации. У некоторых металлов из-за большого переохлаждения скрытая теплота плавления выделяется в первый момент кристаллизации настолько бурно, что температура скачкообразно повышается, приближается к теоретической кривая 3, рис.3. Чем больше скорость охлаждения, тем больше величина переохлаждения. Для того, чтобы полностью переохладить металл в жидком состоянии требуются большие скорости охлаждения миллионы и даже миллиарды градусов в секунду, охлаждение жидкого металла до комнатной температуры следует проводить так, чтобы получить переохлажденный жидкий металл т. е. металл, не имеющий кристаллического строения за ничтожную долю секунды.

Такой, металл называется аморфным или металлическим стеклом, который начинает применяться на практике. 1.3.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

материаловедение

Отжигом называют операцию нагрева, выдержки при заданной температуре и охлаждения заготовок. Основные цели отжига перекристаллизация и устранение внутренних напряжений или… Пластическая деформация сопровождается накоплением дефектов в структуре материалов. Прежде всего, повышается плотность…

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Энергетические условия процесса кристаллизации. Почему превращения происходят при строго определенных температурах

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Какую роль играют несовершенства структуры кристаллов. Какую роль играют дислокации в вопросах прочности и пластичности материала
Какую роль играют несовершенства структуры кристаллов. Какую роль играют дислокации в вопросах прочности и пластичности материала. Встречающиеся в природе кристаллы, как монокристаллы, так и

Характеристика твердых растворов замещения
Характеристика твердых растворов замещения. В жидком состоянии большинство металлических сплавов, применяемых в технике, представляет собой однородные жидкости, т. е. жидкие растворы. При пе

Контрольная работа
Контрольная работа. Вычертите диаграмму состояния железо карбид железа, спишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 00 до 16000 с применением правила фаз для сплава,

Опишите в каких отраслях промышленности особенно перспективно применение титана и сплава титана
Опишите в каких отраслях промышленности особенно перспективно применение титана и сплава титана. Области применения сплавов. Титан и его сплавы используют там, где главную роль играют высока

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги