相平衡
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相平衡教案6篇相平衡教案篇1教学目标1、知识与技能〔1〕知道二力平衡的条件〔2〕知道二力平衡时物体的运动状态2、过程与方法〔1〕通过实例了解认识二力的平衡〔2〕探究二力平衡的条件3、情感、立场与价值观通过活动和阅读感受科学就在身边教学重点知道二力平衡的条件,并能说明物理问题教学难点同学设计试验探究二力平衡条件教学器材:视频光盘、木块、带滑轮的长木版、细线、勾码等教学过程〔一〕导入新课:1、复习提问牛顿第肯定律的内容?〔一切物体在没有受到力作用的时候,总保持静止状态或匀速直线运动状态。
〕2、思索:凡是静止的物体就不受力吗?凡是做匀速直线运动的物体也不受力吗?举例说明。
〔1〕静止放在水平面上的粉笔盒〔2〕吊着的吊灯〔3〕在平直马路上匀速行驶的汽车那为什么生活中的这些物体受力也能保持静止或匀速直线运动状态呢?带着这个问题我们进入这节课的学习,探究其缘由。
〔二〕新课教学一、探究:力的平衡1、试验:让同学提着书包不动。
2、提问:假如将手松开,书包将落到地上,为什么?〔由于只受重力的作用〕3、思索:那为什么现在没有落地,而是静止?请画出受力示意图〔1〕。
4、争论:由于除了受竖直向下的重力,还受竖直向上的拉力,两个力的作用效果相互抵消了,跟没受力一样,所以书包静止。
同样在平直马路上匀速匀速行驶的汽车,在水平方向上牵引力和阻力,二者的作用效果相互抵消了,跟没有受力一样,所以保持匀速直线运动状态。
实际物体往往同时受多个力作用,而处于静止或匀速直线运动状态。
5、结论:象这样,物体在受几个力作用时,假如几个力的作用效果相互抵消,使物体处于静止或匀速直线运动状态,我们就说这几个力平衡。
静止或匀速直线运动状态叫做“平衡状态”。
二、探究:二力平衡的条件物体受两个力作用时保持平衡状态,叫做二力平衡,是最简约的平衡。
问题:物体受两个力作用肯定就能保持静止或匀速直线运动状态吗?举例:放在光滑斜面上的书,受重力和斜面的支持力但要沿斜面对下滑;电梯受重力和向上的拉力,起动时,速度越来越快。
相平衡的表示方法
相平衡是指在某种条件下,两个或多个事物、力量或因素之间达到一种平衡状态。
以下是几种常见的表示相平衡的方法:
1. 图形表示:可以使用平衡或对称的图形来表示相平衡,例如一个水平的天平或两个相等的力量箭头相对称。
2. 数学方程:可以使用数学方程来表达相平衡的关系,例如在物理学中,牛顿第三定律可以表示为:F1 = -F2,其中F1和F2分别代表两个相等且相反的力。
3. 力的合成:当多个力量相互作用时,它们的合力为零时,可以表示为力的合成达到相平衡。
4. 物体位置:当一个物体处于平衡状态时,它的位置可能是静止的或处于一种稳定的运动状态。
例如,当一个物体在水平面上保持静止时,可以说明它受到的所有力量相互平衡。
5. 化学反应:在化学反应中,当反应物和生成物的浓度、温度或压力等因素达到平衡时,可以表示为化学反应达到相平衡。
这些方法只是表示相平衡的一些常见示例,具体的表示方法会根据不同的领域和情况而有所不同。
相平衡的概念和特点是
相平衡是指系统处于稳定状态,各种相之间的比例和分布保持不变。
以下是相平衡的一些特点:
1. 稳定性:相平衡状态是稳定的,不会自发地发生相变或反应。
2. 平衡条件:相平衡时,系统中各种相的化学势、温度、压力等物理化学性质达到平衡条件。
3. 动态平衡:虽然相平衡时系统中各相的比例和分布不会发生变化,但相平衡状态是动态的,也就是说相之间可能存在微观的迁移和转化,只是在宏观上保持相对稳定。
4. 可逆性:相平衡状态具有可逆性,当扰动平衡状态时,只要扰动被去除,系统就可以恢复到原来的平衡状态。
5. 热力学平衡:相平衡状态是热力学平衡的一种表现,它是系统内部各种相之间达到最稳定状态的一种表现。
6. 熵的最大化:相平衡时系统的总熵达到最大值,也就是说相平衡状态对应于系统的最大混乱状态。
总之,相平衡是指系统中不同相之间比例和分布处于稳定状态的一种状态,具有稳定性、可逆性和热力学平衡等特点。
相平衡的名词解释相是指两个或多个事物之间的相对关系。
平衡则意味着稳定和和谐。
因此,相平衡可以解释为一种存在于不同事物之间的稳定和和谐的关系。
它反映了一个平衡点或状态,使得事物之间的相互作用保持在一种相对稳定的状态。
在生活中,相平衡常常被运用于不同的领域和概念。
这里我们将探讨相平衡在自然界、个人生活和社会中的重要性和应用。
首先,自然界是相平衡的典范。
自然界中存在着无数的相互关系,从微观的细胞间相互作用到宏观的生态系统。
生态系统中的各个层次之间的相互作用是相平衡的基础。
例如,食物链中的各个环节相互依赖,形成一个复杂而稳定的生态平衡。
植物通过光合作用将太阳能转化为化学能,动物则通过摄食这些植物来获得能量。
这种相互依存的关系使得整个生态系统能够维持一个相对稳定的状态。
在个人生活中,相平衡是追求幸福和健康的关键。
个人可以通过在各个方面保持相平衡,达到身心健康的目标。
身体健康的相平衡包括饮食均衡、适量运动和良好的睡眠。
心理健康的相平衡则需要平衡工作和休闲、追求个人发展和与他人交往之间的关系。
同时,相平衡还包括情感的平衡,即积极情绪和消极情绪的平衡。
只有在这种相对稳定和和谐的状态下,个人才能够充分发展和实现自己的潜力。
相平衡在社会中也扮演着重要的角色。
社会是由个体组成的复杂系统,而个体之间需要相互合作和相互依存,才能达到社会的稳定和和谐。
社会的相平衡可以表现为个人利益与集体利益的平衡。
个人有权追求自己的利益,但也要考虑到集体的利益,不能以牺牲他人的利益来追求自己的利益。
此外,社会的相平衡还表现在政治、经济和文化等多个层面。
例如,在政治上,参与决策的各个利益相关方之间需要相互平衡,以达到公平和稳定的结果。
在经济中,供需之间的平衡是经济繁荣和稳定的重要基础。
在文化中,不同文化之间的相互交流和融合是保持社会多元和谐的关键。
总而言之,相平衡是一种存在于不同事物之间的稳定和和谐的关系。
它在自然界、个人生活和社会中都起着重要的作用。
相平衡的基本概念,相平衡各种关系式及计算嘿,朋友!咱今天来聊聊相平衡这回事儿。
你知道吗,相平衡就像一场微妙的舞蹈。
想象一下,不同的物质相聚在一起,它们之间的相互作用就像是舞者之间的默契配合。
相平衡里的基本概念,那可是相当重要。
比如说相,这可不是咱们平常说的“看相”的相哦!它指的是物理性质和化学性质完全相同的均匀部分。
就好比一群人,穿着一样的衣服,有着一样的表情,做着一样的动作,这就是一个相。
再说说相平衡的关系式,这就像是解开谜题的密码。
各种参数相互关联,就像错综复杂的蜘蛛网。
温度、压力、浓度,它们之间的关系可不简单。
比如说克劳修斯-克拉佩龙方程,它能告诉我们相变时温度和压力之间的神秘联系。
咱来举个例子,水的蒸发,大家都熟悉吧?水从液态变成气态,这就是一个相变过程。
在这个过程中,温度和压力就遵循着特定的关系式。
要是温度升高,压力也得跟着变,不然这平衡可就被打破啦!
计算相平衡的问题,那可得细心再细心。
就好像你在走钢丝,一步都不能错。
比如算一个混合物的气液平衡组成,你得把各种参数都考虑进去,一个不小心,结果就可能差之千里。
你想想,如果不搞清楚相平衡,那在化工生产中会出多大的乱子呀!比如说蒸馏操作,要是不知道相平衡的关系和计算方法,怎么能分离
出纯净的物质呢?
所以说,相平衡的基本概念、关系式和计算,那可都是宝!掌握了
它们,就像是拥有了一把神奇的钥匙,能打开很多未知的大门,解决
很多实际的问题。
朋友,你可一定要把这门学问学好,让自己在知识
的海洋里畅游无阻!。
相平衡的基本概念相平衡,这听起来是不是有点神秘又高大上的概念呢?嘿,其实没那么复杂啦,今天我就来和你好好唠唠这个事儿。
我有个朋友叫小李,有一次他在厨房做果酱。
他把水果和糖放在锅里熬煮,一开始锅里就是果汁和糖的混合液体。
可是随着时间的推移,你猜怎么着?锅里开始出现一些浓稠的部分,和那些还比较稀的液体分开了。
小李就特别纳闷,这到底是咋回事呢?这其实就涉及到相平衡的概念啦。
那什么是相呢?简单来说,相就是系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分。
就好比在一个鱼缸里,水是一个相,要是里面有条金鱼,金鱼可不是水这个相的一部分哦,因为它和水的物理性质、化学性质完全不一样。
再打个比方,咱们喝的咖啡,如果是那种均匀混合没有沉淀的咖啡,那就是一个相。
可要是咖啡放久了,底下有了咖啡渣沉淀,那这时候就有两个相了,上面的咖啡液是一个相,底下的咖啡渣又是一个相。
你看,是不是挺有趣的?相平衡就是在一个多相系统里,各个相之间达到一种动态的平衡状态。
比如说在一个封闭的容器里,有水和水蒸气。
水会不断地蒸发变成水蒸气,同时水蒸气也会不断地冷凝变成水。
当水蒸发的速度和水蒸气冷凝的速度相等的时候,就达到了相平衡。
这就好像是两个人在一个很窄的桥上走,一个从这头走向那头,一个从那头走向这头,当他们俩的速度一样的时候,桥上的人数就保持不变了,这个状态就有点像相平衡的感觉。
咱们再来看一个例子。
我邻居老张,他喜欢研究一些化学小实验。
有一次他把盐溶解在水里,刚开始盐慢慢消失在水里,都变成了盐水溶液。
但是当他不停地加盐进去,到了一定程度,盐就不再溶解了,有一些盐就会沉在容器底部。
这时候,溶液里的盐和沉在底部的盐之间就达到了一种平衡状态。
就像是在一个屋子里,人不断地进进出出,当进来的人和出去的人数量一样的时候,屋子里的人数就稳定了,这就是一种平衡。
那这个溶液和盐固体之间的平衡,就是相平衡在这个小实验里的体现。
相平衡在很多地方都特别重要呢。
在工业生产上,如果是炼油厂,他们要把原油分离成汽油、柴油、润滑油等不同的产品。
相平衡的名词解释相平衡是一个涉及到物理、化学、生物和哲学等多个领域的概念。
在不同的学科领域中,相平衡都有着一定的含义和解释。
相平衡可以用于描述物质之间的平衡状态,可以解释生态系统中的平衡现象,也可以用于描述人类思维和行为的平衡状态。
在物理学中,相平衡是指系统中各个相之间物性保持不变的状态。
相是指物质存在于不同的物态中,例如固态、液态和气态。
当系统中的不同相达到动态平衡时,它们之间的物性如密度、压力、温度和化学势等都处于平衡状态。
相平衡的特点是系统内各个部分的物性相互扶持,达到动态平衡的状态。
化学中的相平衡主要指涉及相的物质之间的平衡反应。
在化学反应中,不同相的物质之间通过反应达到平衡,而且该平衡是动态的。
平衡反应不仅包括固态与气态、液态与气态之间的反应,还包括液态与液态以及气态与气态之间的反应。
相平衡在化学实验和工业生产中非常重要,通过维持相平衡,可以控制化学反应的速率和产物的选择,实现更高效的化学合成和反应过程。
生物科学中的相平衡主要用于描述生态系统中的平衡现象。
生态系统是由生物和生物与环境之间相互联系的系统。
在生态系统中,不同生物种群之间存在着各种相互关系,如共生、捕食和竞争等。
相平衡在生态系统中反映了不同生物种群之间的相互依存和互利共生关系。
当各个物种之间的数量和分布相对稳定时,生态系统就达到了相平衡状态。
除了物理、化学和生物领域,相平衡也可以用于解释人类思维和行为的平衡状态。
在认知心理学中,相平衡理论指的是个体在面临冲突与不一致之时,通过调整自身认知、情感和行为来达到一种平衡状态。
例如,一个人同时面临工作压力和家庭责任时,他需要调整自身的行为方式和价值观,以便在工作和家庭之间取得平衡。
通过相平衡,个体可以处理冲突和不一致,实现自身的整合和发展。
总结起来,相平衡是一个跨学科的概念,它涉及到物理、化学、生物和心理等多个领域。
在不同学科中,相平衡有着不同的含义和解释,但总体上都表达了系统内部各个组成部分之间保持一种稳定和相互依赖的状态。
1
相平衡
热力学原理对平衡系相统的应用
本章任务
(1) 相平衡系统的普遍规律
(2) 各种系统的具体相平衡情况
重点:二组分系统的相平衡情况
第一节
一、 相的概念
相: 在系统中物理性质和化学性质完全均匀的部分。
相间有界面
越过相界面有些性质发生突变。
注意: 由于气体能无限混合,所以,一个系统中无论有多少种气体,只能形成一个气相。
一个系统可以有一个液相或两个液相,一般不会超过三个液相存在。
如果系统中所含的不同种固体达到了分子程度的均匀混合,就形成固溶体,一种固 溶体是一个固相。
二、物种数和组分数
系统中所含的化学物质数称为系统的物种数,用符号S 表示。
注意:不同聚集态的同一种化学物质不能算两个物种,如水喝水蒸气其物种数S=1不是2。
足以表示系统中各相组成所需要的最少独立物种数称为系统的组分数,用符号C 表示。
无化学变化 组分数=物种数
有化学变化 有浓度关系限制 组分数=物种数- 独立化学平衡数- 独立浓度关系
注意:一个系统的物种数可以随人们考虑问题的不同而不同,但平衡系统中的组分数却是确定不变的。
三、自由度(degree of freedom )
确定平衡系统的状态所必须的独立强度变量的数目称为自由度,用字母 f 表示。
这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。
如果已指定某个强度变量,除该变量以外的其它强度变量数称为条件自由度,用 表示。
例如:指定了压力
指定了压力和温度
四、多相系统平衡的一般条件
(1) 热平衡
(2) 力学平衡
(3) 相平衡
(4) 化学平衡
§5.3 相 律
某平衡系统中有 S 个相,需要多少强度变量才能确定系统的状态?
表示每一个相的组成需要的浓度变量为
表示所有各相组成需要的浓度变量为
加上温度和压力两个变量,则变量总数为
根据化学势相等导出联系浓度变量的方程式数为
根据自由度的定义 *1f f =-**2f f =-1S -(1)S -Φ(1)2S -+Φ(1)S -Φ{}{}
(1)2(1)f S S ΦΦ=-+--
这是相律的一种表示形式
(1)若化学反应中有R 个独立的化学平衡
(2)系统的强度性质还要满足R ‘ 附加条件,例如浓度限制条件
则相律表示式为
令:
相律为
C 称为独立组分数 它的数值等于系统中所有物种数 S 减去系统中独立的化学平衡数 R ,再减去各物种间的强度因数的限制条件R'。
对于凝聚系统,压力影响不大,只有温度影响平衡,则相律可表示为 若除温度、压力外,还要考虑其他因素(如磁场、电场、重力场等)的影响,则相律可表示为
§5.4 单组分系统的相平衡
一、单组分系统的两相平衡——Clapeyron 方程
二、外压与蒸气压的关系——
不活泼气体对液体蒸气压的影响
三、水的相图
单组分系统的相数与自由度 C=1 f +Φ = 3
当Φ=1 单相 f=2 双变量系统
当Φ=2 两相平衡 f=1 单变量系统
当Φ=3 三相共存 f=0 无变量系统
单组分系统的自由度最多为2,双变量系统的相图可用平面图表示。
相点
表示某个相状态(如相态、组成、温度等)的点称为相点。
物系点
相图中表示系统总状态的点称为物系点。
在T-x 图上,物系点可以沿着与温度坐标平行的垂线上、下移动;在水盐相图上,随着含水量的变化,物系点可沿着与组成坐标平行的直线左右移动。
单相区,物系点与相点重合;两相区中,只有物系点,它对应的两个相的组成由对应的相点表示
单组分系统的两相平衡——Clapeyron 方程
在一定温度和压力下,任何纯物质达到两相平衡时,在两相中Gibbs 自由能相等
若温度改变dT ,则压力改变dp ,达新的平衡时
根据热力学基本公式,有 这就是Clapeyron 方程,可应用于任何纯物质的两相平衡系统
设有1 mol 物质,则气-液、固-液和气-固平衡的Clapeyron 方程分别为
说明了压力随温度的变化率(单组分相图上两相平衡线的斜率)受焓变和体积变化的影响。
2f S Φ+=+'()2f S R R Φ+=--+'C S R R =--2f C Φ+=+*1
f C Φ+=+f C n
Φ+=+12G G =12d d G G =1122d d d d S T V p S T V p -+=-+2121d d S S V H T T V V p ∆==-∆-d d p H T T V
∆=∆vap m vap m d d H p T T V ∆=∆fus m fus m d d H p T T V ∆=∆sub m sub m d d H p T T V ∆=∆
对于气-液两相平衡,并假设气体为理想气体,将液体体积忽略不计,则
这就是Clausius-Clapeyron 方程, 是摩尔气化焓假定 的值与温度无关,积分得:
利用Clausius -Clapeyron 方程的积分式,可从两个温度下的蒸汽压,求摩尔蒸发焓变。
或从一个温度下的蒸汽压和摩尔蒸发焓,求另一温度下的蒸汽压。
Trouton (楚顿)规则 可以用来粗略地计算摩尔蒸发焓
适用于分子不缔合的液体。
对极性大的液体和沸点在150 K 以下的液体不适用。
外压与蒸气压的关系——
不活泼气体对液体蒸气压的影响
因为 已知在等温下
代入上式得 或 把气体看作为1 mol 理想气体
设液体体积不受压力影响,积分得
外压增加,液体蒸气压也增加。
但一般情况下影响不大。
水的相图
水的相图是根据实验绘制的 vap m d d (g)H p T TV ∆≈vap (/)H T nRT p ∆=vap m 2
d ln d H p T RT ∆=vap m 211211ln ()H p p R T T ∆=-vap m 11
b
88 J K mol H T --∆≈⋅⋅ 外压 液体气体蒸气压e l g g , ,T p G G T p = e e l l g g g g ,d d d ,d T p p G G G G T p p
++=++l g l g , d d
G G G G ==g d d G V p =l e g g d d V p V p =g l e g d d p V p V =m g (g)RT V p =m g e (l)d ln d V p p RT =g *m e g *g (l)ln ()p V p p p RT =-。