CC BY
2
Ярижева М.А. студент магистратуры Ингушский государственный университет Научный руководитель: Нальева М.А., к.ф-м.н.
доцент Россия, РИ, г.Магас
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА РАСТВОРА ПОЛУПРОВОДНИКА ПРИ ПЕРЕХОДЕ ИЗ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ ВПАРООБРАЗНОЕ
Аннотация. В данной работе говорится о фазовом переходе раствора полупроводника при переходе их жидкого состояние в парообразное
Ключевые слова: фазовый переход, фреон-13, жидкость, полупроводник.
Yarizheva M.A. undergraduate student Ingush State University Scientific supervisor: Naleva M.A., Ph.D.
associate professor Russia, RI, Magas
DETERMINATION OF THE TYPE OF PHASE TRANSITION OF A SEMICONDUCTOR SOLUTION DURING THE TRANSITION FROM A LIQUID STATE TO A VAPOR STATE
Abstract. This paper discusses the phase transition of a semiconductor solution during the transition of their liquid state to a vaporous one
Keywords: phase transition, freon-13, liquid, semiconductor.
При уменьшении температуры и увеличении давления вещества испытывают скачкообразные изменения агрегатного состояния, переходя из газообразного состояния в жидкое, а затем из жидкого в твердое. При изменении температуры и давления в противоположном направлении происходит обратный переход: из твердого состояния в жидкое и газообразное. С этими переходами связано поглощение или выделение определенного количества теплоты - скрытой теплоты перехода.
Фазовые переходы с поглощением и выделением теплоты и изменением объема называются переходами первого рода. Помимо этих превращений в природе встречаются переходы, при которых теплота не поглощается и не выделяется, и не изменяется объем. Такие переходы проявляются в скачкообразном изменении теплоемкостей и других
производных термодинамических параметров. К ним относится изменение симметрии кристаллической решетки, происходящее без изменения плотности и энергии решетки.
Примером фазового перехода второго рода может служить превращение железа, никеля и других металлов, и магнитных сплавов из ферромагнитного состояния в парамагнитное.
С точки зрения термодинамики системой (термодинамической системой) называется любое макроскопическое тело, т. е. тело, состоящее из огромного количества микрочастиц (молекул, атомов и т. п.) и находящееся в равновесном или близком к равновесному состоянию. Термодинамическая система, в свою очередь, может состоять из одной, двух или нескольких фаз. Фазой называется физически однородная часть системы, отличающаяся от других ее частей физическими свойствами и отделенная от них четко выраженными границами. Примерами двухфазных систем могут служить жидкость и ее насыщенный пар, жидкость и кристалл, находящиеся в соприкосновении друг с другом.
Метод определения линии равновесия «жидкость - пар» в ТУ-плоскости по исчезновению мениска поясняет рис. 1.
Имеется набор герметичных ампул с исследуемым веществом. Количества вещества в ампулах различные, однако, во всех случаях средний удельный объем V = У/М^ (М - масса вещества в ьй ампуле, V; - объем ьй ампулы) таков, что при начальной температуре опыта вещество находится в двухфазном состоянии: в ампуле находятся в равновесии жидкость и ее насыщенный пар, отделенные друг от друга резкой видимой границей, называемой мениском.
При нагреве, как видно на рис. 1 и исходя правила рычага, количество жидкой фазы в ампулах, где средний удельный объем меньше критического удельного объема, будет увеличиваться (мениск будет двигаться вверх). В тех ампулах, где средний удельный объем больше критического, будет увеличиваться количество газообразной фазы (мениск будет двигаться вниз). Удельный объем V (заранее заданный) и температура, при которой мениск достигнет верха или низа 1-й ампулы, т. е. вещество перейдет в однофазное (жидкое или газообразное) состояние, определяют, очевидно, координаты одной точки на линии фазового равновесия в ТУ-
плоскости. Если нанести эти точки на ТУ-диаграмму и провести через них аппроксимирующую кривую, то мы восстановим линию равновесия «жидкость - пар». По координатам купола кривой определяются критическая температура и критический удельный объем.
Экспериментальная установка для определения кривой равновесия «жидкость - пар» методом исчезновения мениска изображена на рис. 9. Установка состоит из сосуда, помещенного в защитный кожух с прозрачными стенками, в котором подвешены ампулы с исследуемым веществом (Фреон-13). В сосуд подается из термостата вода определенной
температуры. Температура воды меняется от комнатной до 29,5 0С. При достижении температуры 29,5 0С нагреватель термостата автоматически отключается.
VI V:.....V!......V» V
Рис. 1. Определение кривой равновесия «жидкость - пар» в плоскости
методом
Рис. 9. Схема установки
Для определения кривой равновесия «жидкость - пар» методом исчезновения мениска, провели нагрев ампул от комнатной температуры до 29,5 0С. Нагрев в диапазоне температур 27,5 0С - 29,5 0С проводили со скоростью не выше 0,1 К/мин. Для этой цели нагреватель термостата должен быть включен на минимальную мощность, при необходимости скорость нагрева может быть дополнительно замедлена путем подачи воды из водопровода (с небольшим расходом) в систему охлаждения термостата. В процессе нагрева зафиксировали, в какую сторону перемещается мениск в каждой из ампул. Обратить внимание, не происходит ли в некоторых ампулах размытия мениска и помутнения вещества (критическая
опалесценция!). Определили температуры исчезновения менисков. Измерили скорость нагрева.
После выключения нагревателя термостата в процессе остывания зафиксировали температуры, при которых появляются мениски в ампулах. Скорость остывания также не должна превышать 0,1 К/мин. (она регулируется изменением расхода водопроводной воды в системе охлаждения термостата). Измерили скорость охлаждения.
В результате измерений были получены данные, представленные в таблице 1.
Поданным таблицы 1 построили ТУ -диаграмму (рисунок ). Провели через них аппроксимирующие кривые (линия равновесия «жидкость - пар») отдельно для нагрева и охлаждения. Определили координаты критической точки (Ус и Тс).
■ Нагревание * Охлаждение
0,0012 0,0015 0,0018 0,0021 0,0024 0,0027 0,0030
Удельный объём (м3/кг)
Использованные источники:
1. Румер Ю. Б., Рывкин М. Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. М.: Наука, 1972.
2. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. М.: Наука, 1964.
3. Федотов Я.А. Основы физики полупроводниковых конструирования и технологии РЭА и ЭВА. - М.: Советское радио, 2009.
4. Глазов В.М., Павлова Л.М. Химическая термодинамика и фазовые превращения. М.: Металлургия, 1981, - 336 с.
