相变原理复习题

相变原理复习题（修改）

绪论：相、相变的含义，举例说明物相发生突变的几种形式。

1、相的定义：（两个定义选答任一一个即可）

（物理学定义：）具有化学组成和物理性质（密度、强度、硬度、热膨胀系数、介电常数、热容、晶体结构等）完全相同的宏观物理系统。

（热力学定义：）在热力学变量的参数空间里，其自由能是可被解析的系统。也就是说在同一相的两个状态可以互相转变而不引起热力学性能的突变。

2、相变的含义:（三个定义选答任一一个即可）

1.相与相之间的转变;

2.母相到新相的变化过程;

3.热力学系统由一相转变为另一相。

3、举例说明物相发生突变的几种形式（答a、b、c三种形式，每种形式任举一例即可）

a、从一种结构到另一种结构：固-液-气之间的相互转变：蒸发、熔化、凝固、升华等

b、某种物理性质的跃变：磁性材料的顺磁-铁磁转变、顺电体-铁电体转变、液He的超流C、化学成分的变化：固溶体的脱溶：Al-Cu θ’’→θ’→θ(CuAl2)以及溶液的脱溶沉淀

第一章相变的分类

1．热力学分类的方法

一级相变的定义及其特征并举例

A、定义：相变时，如两相的自由焓（G）或化学势（μ）相等，但化学势的一阶偏导不等，此相变称为一级相变。

B、一级相变特征：1.有熵和体积的突变，表示有相变潜热的吸收或释放；2.存在温度或压强滞后现象；3.亚稳相和新相可以同时共存。

C、一级相变举例：（任举一例即可）

凝固、沉积、升华、熔化以及金属中多数固态相变都是一级相变。二级相变的定义及其特征并举例

A、定义：相变时两相化学势相等，一阶偏导也相等，二阶偏导不等

B、二级相变特征：1.无化学势、熵、和体积的变化；2.比热、压缩率、膨胀系数、热容、等出现突变；3.无温度、压强滞后现象，两相不可共存。

C、二级相变举例：（两个定义选答任一一个即可）

超导相变、磁性相变、二级铁电相变、二级有序-无序相变、玻璃态相变

二级相变主要是一些比较特殊的相变：如铁磁相变、超导相变、超流等等。

2．按相变方式分类（2和3以判断题形式出题）

成核-长大型，连续型相变的概念

成核-长大型：由组成波动程度大，空间范围小的起伏开始发生的相变，初期起伏形成新相核心，然后是新相核心长大。连续型相变：是由组成波动程度小、空间波动范围广的起伏引起的相变，即起伏连续的生长而形成新相。

均匀相变，非均匀相变的概念

均匀相变：没有明确的相界，相变在这个体系均匀地进行。其新相成分或序参量逐步地接近稳定相。这类相变是由这个体系通过过饱和或过冷相内原始小的起伏经“连续”地（相界面不明显）扩展而进行的，对应连续型相变。

非均匀相变：对应成核-长大型相变，一般把体系空间分为未经相变的部分和已经相变的部分。二者之间存在相界，通过新相的成核、而后长大进行相变。

3．按原子迁移方式分类

扩散型相变，无扩散型相变的概念

扩散型相变：依靠原子或离子的扩散来进行的相变

无扩散型相变：相变时不存在原子或离子的扩散，或虽存在原子或离子的扩散但扩散不是相变所必需的或不是主要过程的相变即为无扩散型相变。

第二章相变热力学

1．为什么会发生相变？相变的判据。

原因：因为相对于终态来说，系统（相）的始态是不稳定的。相变能否进行的判据：∆G=G2-G1<0 2．相互作用参数Ω及其与自由能-成分曲线的关系

定义：相互作用参数：Ω=NoZ *（εAB-（εAA+εBB）/2）

关系：与自由能-成分曲线的关系：Ω<0及Ω=0时，曲线呈下凹的弧形；当Ω>0时，曲线呈“W”形的曲线。（---- 答题时最好能给出图形描述更直观）

3．图解法确定相变的驱动力和初始驱动力。

A 、相变驱动力（答题时没有右图，需自己画图进行说明）

①作α、β自由能曲线的公切线

②由X0作垂线，与公切线和自由能Gα曲线交点分别

为D和B，则BD为总的相变驱动力。

B、相变初始驱动力

①过α相吉布斯自由能曲线上相应母相成分点作切线

②作α相和β相吉布斯自由能曲线的公切线，与β相

吉布斯自由能曲线相交于Q点。

③过Q点作垂线，与α相吉布斯自由能曲线上相应母

相成分点切线相交于P点。则PQ为相变的初始驱动力。

4．根据吉不斯自由能—组成曲线分析如图所示

的成分为X

的γ相发生转变时的析出顺序新相形成的顺序。

有两种析出途径：（两种析出途径都要答出）

1.先转变δ相，由于刚开始时，有析出β相的驱动力，

而没有析出α相的驱动力，所以先析出β相；δ相成分

点向左进行，当β相达到一定量后，才有析出α相的驱

动力，随后有α析出。

2.先析出α相，由于刚开始时，有析出α相的驱动力，

而没有析出β相的驱动力，所以先析出α相；γ相成分

点向右进行，当α相达到一定量后，才有析出β相的驱

动力，随后有β析出。最终的平衡相为α相和β相。

5．假设∆H及∆S与温度无关，证明金属在熔点以

上不可能发生凝固。

证明：在平衡条件下：∆G=0，即∆H-T0∆S=0

则∆S=∆H/T0 T0相变平衡温度

一般情况下：∆G=∆H-T∆S=∆H-T∆H/T0=∆H (T0-T)/T0=∆H ∆T/T0<0，相变才能发生金属凝固时放热反应：对放热相变∆H<0，则需∆T>0,即T0>T ，需过冷

所以金属在熔点以上不可能发生凝固。

6．试由二元系固溶体（Ω<0）吉布斯自由能曲线说明固溶体中出现成分不均匀在热力学上是不稳定的。

由Ω<0可知其吉布斯自由能曲线如右图所示：若在x0两侧任取两点x1,x2，

可得以x1,x2为两成分点对应平均吉布斯自由能G大于以x0为单一成分

点的吉布斯自由能，不同成分点同理。所以由吉布斯自由能总是趋于更小

为稳定状态可知：固溶体中出现成分不均匀在热力学上是不稳定的。7．一个二元合金由α固溶体和β中间相组成，…………与中间相相邻

的固溶体的溶解度越小。（答案见手写材料）

8．TTT图的概念及各区域的含义

x0 x2 x1