Кіріспе

Бу қысымы мен температура арасындағы байланыс

Химиялық термодинамикадағы Клаузиус-Клаперон қатынасы, ең маңыздысы бу қысымын, бір компоненттің екі фазасы арасындағы фазалық өту кезінде қысымның температураға тәуелділігін анықтайды. Ол Рудольф Клаузиус және Бенуа Поль Эмиль Клаперонның есімдерімен аталады. Дегенмен, бұл қатынасты алғаш 1824 жылы жарияланған, бірақ Клаузиус, Клаперон және Лорд Кельвин ондаған жылдардан кейін қайта ашқанға дейін назарға алынбаған Сади Карно «Оттың қозғаушы күші туралы ойлар» еңбегінде шығарған. Кельвин Карноның аргументі туралы: «Табиғаттану философиясының барлық салаларында мұндай логикалық ойлау арқылы жалпы заңдарды орнатудан артық таңғаларлық ештеңе жоқ» деген пікірді айтты. Кельвин және оның інісі Джеймс Томсон 1849-50 жылдары осы қатынасты тәжірибелік жолмен растады, және ол теориялық термодинамиканың алғашқы сәтті қолданылған мысалы ретінде тарихи маңызға ие. Метеорология және климатология саласындағы маңызы – температураның әр 1 °C (1,8 °F) жоғарылауына атмосфераның су ұстау қабілетінің шамамен 7%-ға артуында.

Дұрыс Клэперон теңдеуі

Қысым-температура (PT) диаграммасында кез келген фазалық өзгеріс үшін екі фазаны бөлетін сызық бірге өмір сүру қисығы деп аталады. Клэперон қатынасы осы қисыққа жүргізілген жанамалардың еңістігін анықтайды. Математикалық тұрғыдан алғанда,

мұндағы – бірге өмір сүру қисығының кез келген нүктесіндегі жанаманың еңістігі, – фазалық өзгерістің нақты жасырын жылуы, – температура, – фазалық ауысу кезіндегі нақты көлемнің өзгеруі, ал – фазалық ауысу кезіндегі нақты энтропияның өзгеруі.

Екінші туынды

Клаузиус-Клаперон қатынасы бірге өмір сүру қисығының еңістігін көрсетсе де, оның қисықтығы немесе екінші туындысы туралы ешқандай ақпарат бермейді. 1-ші және 2-ші фазалардың бірге өмір сүру қисығының екінші туындысы былай беріледі:

мұндағы 1 және 2 индекстері әртүрлі фазаларды білдіреді, – тұрақты қысымдағы меншікті жылу сыйымдылығы, – жылулық кеңею коэффициенті, ал – изотермиялық сығылғыштық.