相变微观模型与饱和蒸气压方程

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随着热力学与统计物理的发展以及实验技术的日益改进,人们积累了大量的热力学实验数据,对相变的理论研究也日渐成熟,已经发展出各式各类有关饱和蒸气压的数理模型。在相变中,当两相维持一个动态的平衡时,各个热力学参数取定值,其中饱和蒸气压是描绘相变平衡的重要参数。在本文中,我们建立了升华和汽化的相变微观模型来研究饱和蒸气压。在该微观模型中的两相界面,存在一个由低能级粒子和高能级粒子组成的界面层,两能级间具有特定的能级差,高低能级分别对应着气态和液态(或固态)分子。在界面层处于动态平衡的过程中,两种能级粒子的粒子数比可以由二能级Boltzmann分布律确定,相变则可以描述为粒子在两种能级间的跃迁,而能级差则由相变潜热决定。基于所建立的相变微观模型,我们根据相关的实验数据确定了界面层内的粒子能级差、能级粒子数比、体积比等特性,推导出了饱和蒸气压方程。以水为主要研究对象,进行了气-液相变、气-固相变以及三相点等方面的讨论,计算了相变平衡时的饱和蒸气压及其变化率,得到了与实验相吻合的理想结果;也使用该方程研究了其他几种纯物质的饱和蒸气压,得到了理想的结果,由此说明我们的相变微观模型以及相应的饱和蒸气压方程具有一定的合理性和可行性。
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