
【醫】 Clapeyron's law
carat; karat
【化】 carat
【醫】 carat
general; universal
dragon; imperial
family name; surname
law
【化】 law
【醫】 law
克拉普龍氏定律(Clapeyron Equation),又稱克拉珀龍方程,是熱力學中描述純物質兩相平衡時壓力與溫度關系的核心方程。其本質揭示了相變過程中系統的熵變與體積變對平衡條件的約束關系。
該定律定量描述了單組分系統在氣-液、固-液或固-氣等兩相平衡狀态下,壓力變化率(dp/dT)與相變潛熱(L)、溫度(T)及相體積變化(ΔV)的關聯。其微分形式為: $$ frac{dp}{dT} = frac{L}{T Delta V} $$ 其中:
蒸汽壓預測
通過積分克拉普龍方程可推導克勞修斯-克拉珀龍方程,用于計算液體蒸汽壓隨溫度的變化,在化工設備設計中至關重要。
地質相變分析
解釋地幔礦物相變對地震波速的影響,例如橄榄石-尖晶石轉變深度預測需依賴該方程的壓力-溫度梯度計算。
材料科學應用
合金凝固過程分析中,方程關聯了熔點壓力依賴性,指導高壓鑄造工藝優化。
定律源于熱力學基本關系式,由吉布斯自由能判據導出。在平衡态下兩相化學勢相等(μ₁ = μ₂),對其全微分可得: $$ dμ_1 = -S_1dT + V_1dp = dμ_2 = -S_2dT + V_2dp $$ 整理後即得原方程形式,其中 ( S_2 - S_1 = Delta S = L/T )。
經典參考文獻
- 傅獻彩《物理化學》(高等教育出版社)第5章相平衡
- Atkins' Physical Chemistry (Oxford Press) Chapter 4 Phase Diagrams
- 《中國大百科全書·物理學卷》"相變"條目(中國大百科全書出版社)
建議查閱原始文獻獲取方程的具體推導過程與應用案例。
克拉普龍氏定律(Clapeyron's law)是熱力學中描述純物質兩相平衡狀态的重要方程,其核心公式為:
$$
frac{dP}{dT} = frac{L}{T Delta V}
$$
其中,( L ) 表示相變潛熱,( Delta V ) 為相變過程中的體積變化,( T ) 為溫度,( P ) 為壓力。
物理意義
該定律揭示了壓力隨溫度變化的速率與相變潛熱、溫度及體積變化的關系。例如,冰融化成水時,壓力升高會導緻熔點降低,這一現象可通過克拉普龍方程定量分析。
應用場景
與克勞修斯方程的關聯
克勞修斯-克拉佩龍方程是克拉普龍方程的簡化形式,假設氣相為理想氣體且液相體積可忽略,公式簡化為:
$$
frac{dP}{dT} = frac{L}{R T}
$$
其中 ( R ) 為氣體常數,常用于描述液-氣平衡(如水的蒸發)。
該定律僅適用于單一組分系統的可逆相變過程,多組分體系需引入活度等修正參數。實際應用中需結合具體物質的相變數據(如潛熱值)進行計算。
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