قانون فاز گیبس

قانون فاز گیبس

تعداد بازدید: 5734
چهارشنبه 03 دي 1393

قانون فاز گیبس

قانون فاز گیبس (Gibbs Phase Rule) اولین بار توسط گیبس ارائه شد و توسط روزبوم کاربرد عمومی پیدا کرد. قانون فاز شرایط تعادل را به صورت رابطه ای بین تعداد فاز ها و اجزای یک سیستم تعریف می کند:

در این رابطه F درجه آزادی، C تعداد اجزا و P تعدا فاز هاست. هر سیستم دارای تعداد مشخصی متغیر مستقل است که برای تعریف سیستم باید هر کدام از این متغیر ها مقادیر معینی داشته باشند. دما، فشار، ترکیب فازها، نیروی مغناطیسی، میدان ثقلی و ... متغیر هایی هستند که می توانند به یک سیستم معین تعلق داشته باشند. گیبس، در تدوین قانون فاز تغییر عوامل زیر را در نظر گرفت:

1- دما

2- فشار

3- ترکیب

جمله عمومی مقابل تعداد متغیر های مستقلی را که سیستم در حالت تعادل دارد نشان می دهد.

همانطور که جدول مقابل نشان می دهد تعداد متغیر های ترکیب این سیستم برابر با PC است. هم چنین باید دما و فشار مشخص باشند، بنابراین تعداد متغیرها برابر با PC+2 است. روش متداول تعیین ترکیب هر فاز، استفاده از کسر مولی است.

اگر فاز معینی شامل n1 مول از جزء 1، n2 مول از جزء 2 و n3  مول از جزء 3 باشد کسر مولی جزء 1 در فاز مفروض عبارت است از:

جمع کسر های مولی هر یک از فاز ها برابر یک است:

 

درجه آزادی

 

اجزا فاز ها

θ

δ

γ

β

α
C1 X1θ X1δ X1γ X1β X1α
C2 X2θ X2δ X2γ X2β X2α
C3 X3θ X3δ X3γ X3β X3α
C4 X4θ X4δ X4γ X4β X4α

اگر P فاز وجود داشته باشد، P معادله از این نوع نیاز خواهد بود و بنابراین P کسر مولی وجود خواهد داشت. پس تعداد کل متغیر ها برابر با PC+2-P می شود که اولین جمله سمت راست معادله است.

برای محاسبه جمله دوم، گیبس مفهوم پتانسیل شیمیایی یا پتانسیل ترمودینامیکی هر جزء را مطرح کرد. به عنوان مثال اگر دو فاز در دما های مختلف در تماس با هم قرار گیرند، گرما از فاز گرمتر به سمت فاز سردتر حرکت می کند تا هر دو فاز به دمای یکسانی برسند. مقدار انرژی گرمایی فازها متفاوت است ولی تعادل دمایی فقط به عامل غیر جرمی بستگی دارد. عامل غیر جرمی در این مورد دماست.

به طور مشابه در حالت تعادل مکانیکی باید فشار تمام فاز ها یکسان باشد در غیر این صورت ممکن است حجم یک فاز به قیمت کاهش حجم فاز دیگر افزایش پیدا کند تا فشار ها برابر گردد. پتانسیل شیمیایی یک جزء در تمام فاز هایی که آن جزء در آن ها وجود دارد نیز باید یکسان باشد در غیر این صورت ماده از یک فاز به فاز دیگر جریان خواهد یافت تا پتانسیل های شیمیایی یکسان پدید آید.

پتانسیل شیمیایی جزء i ام از رابطه مقابل بدست می آید:

                   

در این رابطه μi پتانسیل شیمیایی جز i ام ، ni تعداد مول های جزء I  ام، nj تعداد مول های تمام اجزای دیگر، G انرژی آزاد، P فشار و T دمای مطلق است. پتانسیل شیمیایی برابر با انرژی آزاد مولی جزئی یک جزء در فاز معین می باشد. رابطه فوق تغییر انرژی آزاد را در اثر افزایش یا کاهش اندک جزء iام در یک فاز معین نشان می دهد، در حالی که دما، فشار و تعداد مول های اجزای دیگر ثابت بماند. سیستم دو فازی روبرو را در نظر بگیرید اگر dni مول جزء i ام از فاز β به فاز γ منتقل گردد در حالی که متغیر های دیگر ثابت نگه داشته شوند، تغییر انرژی آزاد فاز β در خلال این انتقال عبارت خواهد بود از:

          

نمایش سیستم دو فازی

تغییر انرژی آزاد فاز γ از رابطه روبرو بدست می آید:

       

تغییرات کلی انرژی آزاد سیستم دو فازی از جمع دو رابطه فوق به دست می آید:

 

اگر سیستم در حالت تعادل باشد، در اثر انجام این انتقال، تغییر انرژی آزاد برابر صفر خواهد شد:

 

بنابراین:

 

پس پتانسیل شیمیایی جزء iام در هر دو فاز یکسان است.

در حالت تعادل، دمای فاز ها یکسان، فشار آن ها برابر و پتانسیل شیمیایی اجزای مربوط بین فاز ها مساوی است. اگر غلظت یک جزء در یک فاز مشخص باشد، غلظت آن جزء در تمام فاز های دیگر ثابت می ماند زیرا پتانسیل شیمیایی یک جزء در تمام فازها یکسان است اما الزامی وجود ندارد که غلظت یک جزء در تمام فاز ها مشابه باشد. بنابراین برای هر جزء، P-1 متغیر تثبیت می گردد و از آنجا که تعداد کل اجزای سیستم C است تعداد کل متغیر های ثابت برابر (P-1)C خواهد شد. در نتیجه قانون فاز به شکل روبرو توصیف می شود.

               

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

فتح الله مضطرزاده و واهاک مارقوسیان ، در آمدی بر تعادل فازی در سرامیک ها ، انتشارات دانشگاه علم و صنعت ، 1378.

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

 

سیستم تک جزئی

در یک سیستم تک جزئی 1=C است و بنابراین قانون فاز از رابطه زیر به دست می آید:

F =1 - P + 2

F = 3 -P

در سیستم تک جزئی هر فاز دو درجه آزادی دارد. در این حالت دو متغییری که برای تعریف سیستم باید مخص باشند دما و فشار هستند.در چنین سیستمی ترکیب شیمیایی متغییر نیست زیرا فقط یک جزء وجود دارد. در یک سیستم تک جزئی وقتی دو فاز به طور همزمان حاضر باشند درجه آزادی یک است. در حالی که در حضور همزمان سه فاز درجه آزادی صفر خواهد بود. این حالت معادل نقطه I در شکل خواهد بود.

قانون فازگیبس از دید imsc.blogfa.com

فاز دیاگرام برای سیستم های چند جزئی بسیار مفید می باشد، و برای بیان تعادل شیمیایی و فیزیکی در محدوده ترکیبات مختلف اجزاء بکار می‌رود. برای یک سیتم یک جزئی، خواهیم داشت: F = 3 – P   اگر یک فاز موجود باشد، F=2 و فشار و دما می‌توانند بدون تغییر دادن تعداد فازها تغییر کنند (تک فاز یک محدوده بروی دیاگرام فاز می باشد) اگر دو فاز در تعادل باشد، F=1 اگر بر حسب دما بررسی کنیم آنگاه دیگر فشار یک متغییر مستقل نخواهد بود اگر سه فاز در تعادل باشد، F=0 و سیستم نامتغییر است – بنابراین این حالت فقط در یک دما و فشار خاصی وجود خواهد داشت چهار فاز در یک سیستم تک جزئی نمی توانند در تعادل با هم قرار گیرند چرا که F نمی تواند منفی باشد ... ادامه

قانون فاز گیبس از دید wikipedia.org

Gibbs' phase rule was proposed by Josiah Willard Gibbs in the 1870s as the equality

F\\\\;=\\\\;C\\\\;-\\\\;P\\\\;+\\\\;2

where P (alternatively π or Φ) is the number of phases in thermodynamic equilibrium with each other and C is the number of components. Typical phases are solids, liquids and gases. A system involving one pure chemical is an example of a one-component system. Two-component systems, such as mixtures of water and ethanol, have two chemically independent components. F is the number of degrees of freedom, which means the number of intensive properties such as temperature or pressure, which are independent of other intensive variables...more

قانون فاز گیبس از دید serc.carleton.edu

Gibbs' Phase Rule provides the theoretical foundation, based in thermodynamics, for characterizing the chemical state of a (geologic) system, and predicting the equilibrium relations of the phases (minerals, melts, liquids, vapors) present as a function of physical conditions such as pressure and temperature. Gibbs' Phase Rule also allows us to construct phase diagrams to represent and interpret phase equilibria in heterogeneous geologic systems. In the simplest understanding of phase diagrams, stable phase (mineral) assemblages are represented as fields (see colored areas on the figure to the right) in P-T space, and the boundaries between stable phase assemblages are defined by lines (or curves) that represent reactions between the phase assemblages. The reaction curves actually represent the condition (or the locus of points in P-T space) where ΔGrxn =0; for more information on this point see Gibbs Free Energy. A solid understanding of Gibbs' Phase Rule is required to successfully master the applications of heterogeneous phase equilibria presented in this module...more

قانون فازهای گیبس
درجه آزادی چیست؟ (علم مواد)
قانون فازی گیبس
رابطه فاز گیبس
gibbs phase rule
برچسب ها: استحالهترمودینامیک مواددیاگرام فازیخواص فیزیکی موادعلم مواد
گزارش حضور شرکت پاکمن در نمایشگاه تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی 98
هجدهمین  نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی ...بیشتر
بازدید استاندار اصفهان از کارخانه شرکت پاکمن
بازدید استاندار محترم اصفهان از کارخانه شرکت پاکمن در روز شنبه 20 مهر ماه 139 ...بیشتر
تقویم نمایشگاهی 98
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
گرامیداشت روز صنعت و معدن و تجلیل از واحدهای نمونه صنعتی و معدنی
  مراسم گرامیداشت روز صنعت و معدن، در روز شنبه 30 شهریور ماه 98 در سپاها ...بیشتر
یازدهمین نمایشگاه بین المللی متالورژی، فولاد، ریخته گری، ماشین آلات و صنایع وابسته اصفهان-شهریور 98
عنوان نمایشگاه : یازدهمین نمایشگاه بین المللی متالورژی، فولاد، ریخته گری، ماشین ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات و تاسیسات سرمایش و گرمایش
عنوان:هجدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات و تاسیسات سرمایش و گرمایش شهر: ت ...بیشتر
پانزدهمین دوره نمایشگاه بین المللی آب، تاسیسات آب و فاضلاب تهران - مهرماه 98
عنوان :  پانزدهمین دوره نمایشگاه بین المللی آب، تاسیسات آب و فاضلاب تهران - ...بیشتر
دفتر فروش پاکمن در استان آذربایجان شرقی-شهر تبریز
دفتر فروش پاکمن در استان آذربایجان شرقی-شهر تبریز تا کنون حضور فعالی در زمینه ی ...بیشتر
نمایندگی فروش پاکمن در شهر اصفهان
دفتر فروش پاکمن در استان اصفهان-شهر اصفهان تا کنون حضور فعالی در زمینه ی فروش، ف ...بیشتر
گزارش اولین روز برگزاری نمایشگاه صنعت ساختمان
 اولین روز نمایشگاه صنعت ساختمان با حضور تعداد زیادی از شرکت های معتبر از ت ...بیشتر
گزارش غرفه پاکمن در بیست و یکمین نمایشگاه صنعت ساختمان شیراز
بیست و یکمین نمایشگاه صنعت ساختمان شیراز از تاریخ 11 تیرماه 98 آغاز شد ، افتتاحی ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ها ...بیشتر