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1

表面相与液滴的形成2一、曲面及其表面相表面相是复相系统中一类重要的相。界面为平面时不存在表面相。在新相的形成和成长中，曲面的表面张力和表面相的影响不能忽略。3设α、β、γ分别为液相、气相和表面相，且液相是分布在气相中的液滴。系统的热平衡条件：

Tα=Tβ=Tγ

系统总自由能：

F=Fα+Fβ+FγT、V不变，系统发生一个虚变动。三相的物质的量、体积和面积的变化分别为

n

、

V

、

n

、

V

、

A（表面为几何平面，因此设

n

=0）。外界对系统做的功是把-pdV改为

A。虚变动中物质总量和总体积不变：4利用开系的自由能的基本微分方程

dF=-SdT-pdV+

dn则相应的自由能的变化分别为：整个系统的自由能变化为：5为简单起见，假设液滴是球形的，则：所以：6由于

Vα

和

nα

是任意的独立参量,所以得：

(力学平衡条件)

(相平衡条件)

可见：

1.三相的相平衡条件仍为两相的化学势相等。

2.力学平衡条件表明：由于表面张力的存在，平衡时球形液滴内部的压强比蒸汽的压强大；当r→∞时，过渡到Pα=Pβ，即分界面为平面时的力学平衡条件。

7二、液体表面系统的热力学函数1.表面系统的状态参量：简单系统表面系统pσVA-pdVσdA8表面系统的物态方程：f(

,A,T)=0

与面积无关，所以物态方程简化为：

=

（T）。由dF=-SdT+

dA得：积分得：当A=0时，表面消失，积分常数F0=0，则F=

A

或者

=F/A，说明液体表面张力系数就是单位面积的自由能。2、热力学函数9该系统的熵：由吉布斯-亥姆霍兹方程可得表面系统的内能：可见，由

=

（T）可以得到表面系统的全部热力学函数。（

是特性函数）10三、液滴的形成气液两相平衡，在分界面（液面）为平面时，力学平衡条件：pα=p

相变平衡条件：

α(T,p)=

(T,p)分界面为曲面时，设两相（气、液）平衡时的蒸汽压强为P´，此时液滴的压强为p’+2/r。由分界面为曲面的平衡条件:

给出曲面上的蒸汽压强P´与曲面半径r的关系.

11将液体的化学势

按气液界面为平面时的压强P做展开，只取一级近似，得：

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