Как определить фазы: Как определить фазу и ноль без приборов — Интернет-магазин инструмента. — yato-tools.ru. Электротовары и инструмент.

Содержание

Основные понятия и определения | Фазировка оборудования

Страница 2 из 13

Трехфазная система.

Под трехфазной системой ЭДС (напряжений) понимают совокупность трех симметричных ДС, амплитуды, которых равны по значению и сдвинуты (амплитуда каждой ЭДС относительно предшествующей ей амплитуды другой ЭДС) на один и тот же фазный угол. На рис. 1,д приведена схема простейшего синхронного генератора трехфазного тока. Обмотки, в. которых наводятся переменные ЭДС, помещены в пазы статора, смещенные по окружности на 120°. Выводам обмоток присвоены обозначения «начал» АБСа «концов» X, Y, Z соответственно. По обмотке ротора проходит постоянный ток, создавая магнитное поле. При пересечении обмоток статора магнитным полем вращающегося ротора в них наводится симметричная система трех синусоидальных ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутых по фазе на 120° (рис. 1,6). За один оборот ротора, что соответствует периоду времени Т, в каждой из обмоток происходит полный цикл изменения ЭДС. Когда ось ротора/— / пересекает витки обмотки статора, в них наводится максимальная ЭДС. Но так как для трех обмоток статора это происходит в разные моменты времени, то и максимумы наведенных ЭДС не совпадают по фазе, т. е. их амплитуды Ед, Eg, Ее оказываются сдвинутыми одна относительно другой на 1/3 периода, или на 120°.

Фаза. Угол, характеризующий определенную стадию периодически изменяющегося параметра (в данном случае ЭДС), называют фазовым углом или простой фазой. При совместном рассмотрении двух (и более) синусоидально изменяющихся ЭДС одной частоты, если их нулевые (или амплитудные) значения наступают не одновременно, говорят, что они сдвинуты по фазе. Сдвиг всегда определяют между одинаковыми фазами, например между началами синусоид, как это показано на рис. 1,6, или между амплитудами. При сдвиге двух синусоид по фазе одна из них будет отставать от другой по времени. Чтобы определить, какая из синусоид отстает, находят их начала, т. е. нулевые значения ЭДС при переходе от отрицательных 6 значений к положительным.

Рис. 1. Получение трехфазной симметричной системы ЭДС: 1 — статор; 2 — обмотка статора; 3 — ротор; 4 — обмотка ротора

На рис. 1,6 начала обозначены буквами а, Ь, с. Из рисунка видно, что начало одной синусоиды (например, синусоиды, проходящей через точку Ь) расположено правее начала другой (синусоиды, проходящей через точку а ). Это свидетельствует о том, что синусоида с началом в точке b отстает по времени от синусоиды с началом в точке а Еще более отстает синусоида, проходящая через точку с, так как ее начало сдвинуто на (2/3) Т или на 240° от начала координат (момента, когда / = 0). В равной мере можно говорить, что синусоида с началом в точке а опережает синусоиды с началом в точке b на (1/3) Tvi с началом в точке с — на (2/3) Т.
На практике под фазой трехфазной системы понимают также отдельный участок трехфазной цепи, по которому проходит один и тот же ток, сдвинутый относительно двух других по фазе. Исходя из этого, фазой называют обмотку генератора, трансформатора, двигателя, провод трехфазной линии, чтобы подчеркнуть принадлежность их к определенному участку трехфазной цепи.

Фазы обозначают прописными буквами А, В, С. Но навешивать надписи букв на оборудование станций и подстанций не всегда удобно. Поэтому при окраске оборудования (например, сборных и соединительных шин в закрытых РУ), которая применяется с целью защиты от коррозии, используют красители различного цвета. Краску наносят по всей длине шин.
Шины фазы А окрашивают в желтый цвет, фазы В — в зеленый и фазы С — в красный. Поэтому фазы часто называют Ж, 3, К. Для распознавания фаз оборудования на кожухах, арматуре изоляторов, конструкциях и опорах наносят соответствующие цветные метки в виде кружков или полос.
Таким образом, в зависимости от рассматриваемого вопроса фаза — это либо угол, характеризующий состояние синусоидально изменяющейся величины в каждый момент времени, либо участок трехфазной цепи, т. е. однофазная цепь, входящая в состав трехфазной.

Порядок следования фаз. Порядок, в котором ЭДС в фазных обмотках генератора проходят через одни и те же значения (например, через положительные амплитудные значения), называют порядком следования фаз.

Трехфазные системы ЭДС могут отличаться друг от друга порядком следования фаз. Если вращение ротора генератора происходит в направлении, изображенном на рис. 1,с, то фазы будут следовать в порядке А, В, С — это так называемый прямой порядок следования фаз. Если направление вращения ротора изменить на противоположное, то изменится и порядок следования фаз. Фазы будут проходить через максимальные значения в порядке А, С, В — это обратный порядок следования фаз.
Иногда вместо термина «порядок следования фаз» говорят «порядок чередования фаз». Во избежание путаницы условимся применять термин «Чередование фаз» только в том случае, когда это связано с понятием фазы как участка трехфазной цепи.

Чередование фаз.

Итак, под чередованием фаз понимают очередность, в которой фазы трехфазной цепи (отдельные провода линии, обмотки и выводы электрической машины и т. д.) расположены в пространстве, если обход их каждый раз начинать из одного и того же пункта (точки) и производить в одном и том же направлении, например сверху вниз, по часовой стрелке и т. д. На основании такого определения говорят о чередовании обозначений выводов электрических машин и трансформаторов, расцветки проводов и сборных шин. В ряде случаев порядок чередования фаз строго регламентирован. Так, порядок чередования обозначений выводов синхронных машин принимается соответствующим порядку следования фаз для установленного направления вращения ротора. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривают для закрытых РУ следующий порядок чередования окрашенных сборных шин при расположении их в вертикальной плоскости: верхняя шина — желтая, средняя — зеленая, нижняя — красная. При расположении шин в горизонтальной плоскости наиболее удаленная шина окрашивается в желтый цвет, а ближайшая к коридору обслуживания — в красный. Ответвления от сборных шин выполняются так, чтобы слева располагалась фаза Ж, 8 справа — фаза К, если смотреть на шины из коридора обслуживания (при трех коридорах в РУ — из центрального).

На открытых подстанциях чередование окраски сборных и обходных шин ориентируют по силовым трансформаторам.

Ближайшая к ним фаза шин окрашивается в желтый цвет, средняя — в зеленый, отдаленная — в красный. Ответвления от сборных шин выполняют таким образом, чтобы слева располагалась шина фазы Ж, справа — фазы К, если смотреть со стороны шин на трансформатор.

Отступление от указанных выше требований порядка чередования окраски шин РУ ПУЭ допускают в виде исключения в тех отдельных случаях, когда соблюдение этих требований связано с усложнением монтажа или необходимостью установки специальных опор для транспозиции проводов BЛ.
Совпадение фаз. При фазировке трехфазных цепей могут быть различные варианты чередования обозначений (расцветки) вводов на включающем аппарате и подачи на эти вводы напряжения разных фаз. Для простоты дальнейших рассуждений допустим, что фазируемые напряжения двух систем шин электроустановки имеют одинаковые порядки следования фаз А, В, С и Ах, Bi, С|. При этом условии фазы одноименных напряжений могут совпасть, а порядок чередования обозначений вводов у выключателя может не совпасть (рис- 2, а) или, наоборот, при одном и том же порядке чередования обозначений вводов фазируемые напряжения могут оказаться сдвинутыми по фазе (рис.

2, б). Поворот одноименных векторов напряжений относительно друг друга может быть не только на угол 120°, как это показано на рис. 2,6, но на любой угол, кратный 30е, что Характерно для трансформаторов, имеющих разные группы соединения обмоток. В обоих приведенных случаях включение выключателя неизбежно приводит к КЗ.
В то же время возможен вариант, когда совпадает и то, и другое (рис. 2, в) — Короткое замыкание между соединяемыми частями установки здесь исключено.
Под совпадением фаз при фазировке как раз и понимают именно этот случай, когда на вводах выключателя, расположенных друг против друга и принадлежащих одной фазе, одноименные напряжения двух частей установки совпадают по фазе, а обозначения (расцветка) вводов выключателя согласованы с соответствующими фазами напряжения и имеют один и тот же порядок чередования.
Векторное изображение синусоидально изменяющихся ЭДС (напряжений, токов). Периодически изменяющиеся синусоидальные величины изображают в виде синусоид (рис.

1,6) и вращающимися векторами — направленными отрезками прямой линии (рис. 1,в).

Рис. 2. Варианты несовпадения (е. б) и совпадения (в) фаз двух частей электроустановки
Для векторов фазных ЭДС Ej4, Eg. Eq> изображенных на этом рисунке, условно приняты направления от начал обмоток к их концам. Связь между синусоидальной кривой и вращающимися векторами показана на рис. 3. Синусоида получается проектированием вращающегося вектора (равного в заданном масштабе амплитуде изменяющейся ЭДС) на вертикальную ось /-/, перемещаемую по оси абсцисс со скоростью, пропорциональной частоте вращения вектора. Сдвиг фаз между двумя векторами, начала которых совмещены в одной точке, определяется углом V (рис.4). Отставание вектора Eg от вектора Ед показано направлением стрелки угла (против направления вращения векторов).

Следует сказать, что понятие вращающегося вектора ЭДС (напряжения, тока и т.д.) в электротехнике несколько отличается от понятия вектора, скажем, силы или скорости в механике.

Рис. 3. Получение синусоидального графика при вращении вектора

Рис. 4. Изображение двух ЭДС синусоидами и векторами при различных углах сдвига

Если в механике векторы не могут быть определены полностью только по их значениям без указания направления их действия в пространстве, то в электротехнике вращающиеся векторы не определяют действительного направления изображаемых ими величин в пространстве. Однако совокупное расположение вращающихся с одной частотой векторов (например, ЭДС трех фаз) на диаграмме дает представление о происходящем в электрической цепи процессе во времени и позволяет сделать количественную оценку явлений путем проведения элементарных операций над векторами.

Основные Схемы соединений трехфазных цепей.

Обмотки электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов, двигателей) и трансформаторов соединяют в звезду или треугольник.
При соединении трех обмоток генератора в звезду концы их объединяют в одну точку (рис. 5, в), которую называют нулевой (или нейтральной). Электродвижущие силы между началами и нулевой точкой обмоток называют фазными ЭДС и обозначают Ед, Eg, Ее, или просто £ф. Электродвижущие силы между выводами фаз называют линейными tn. Они получаются как разность векторов соответствующих фазных ЭДС генератора, например Ед — Eg = Едд (рис. 5,в).

Рис. 5. Соединение обмоток генератора в звезду (о), векторная диаграмма ЭДС (б), вычитание векторов фазных ЭДС (в)

Рис. 6. Соединение обмоток генератора треугольником (д) и векторная диаграмма ЭДС (б)
Порядок индексов в обозначении линейных ЭДС не произволен — индексы ставятся в порядке
вычитания векторов: Ев-Ес= Евс\ Ес-Ёл = ЕСА- С учетом заданного направления вращения векторов такой расстановке индексов соответствует вычитание вектора ЭДС отстающей фазы из вектора ЭДС опережающей. В результате векторы линейных ЭДС всегда опережают уменьшаемые фазные векторы на 30°. Значения линейных ЭДС в \Д или в 1,73, раз больше фазных, в чем легко убедиться измерением векторов на диаграмме.
Соединение обмоток генератора треугольником показано на рис. 6,о. Точки А, В, С являются общими для каждой пары фазных обмоток. Если к зажимам генератора не подсоединена нагрузка, то в обмотках, образующих замкнутый контур, отсутствует ток, обусловленный синусоидальными ЭДС промышленной частоты, сдвинутыми относительно друг друга на (1/3) Т, так как в каждый момент времени геометрическая сумма ЭДС, действующих в контуре треугольника, равна нулю. Убедиться в этом можно, рассматривая векторную диаграмму рис.»6, б и синусоиды мгновенных значений ЭДС трехфазного генератора (рис. 1, б).

Рис. 7. Изменение на 180° фазы наведенной ЭДС при перемене обозначений зажимов:
а — фазы ЭДС Ед и Еа совпадают; б — ЭДС Ед и Eg находятся в противофазе

Из рис. 6, а видно, что при соединении треугольником линейные провода отходят непосредственно от начала и конца обмотки каждой фазы, поэтому фазные ЭДС равны линейным и совпадают с ними по фазе. Заметим, что на станциях обмотки генераторов, как правило, соединяют в звезду. Соединение треугольником встречается крайне редко и только у турбогенераторов одного типа (ТВС-30).
Обмотки трансформаторов, так же как и генераторов, соединяют в звезду и треугольник (схема зигзага встречается редко). Схема звезды часто выполняется с выведенной нулевой точкой. Схемы соединений в звезду, в звезду с выведенной нулевой точкой и в треугольник в тексте обычно обозначают буквами У, Ун и Д соответственно. Обмотки высшего напряжения (ВН) трансформаторов соединяют в У или Д независимо от схемы соединения источников питания. Вторичные обмотки среднего (СН) и низшего (НН) напряжений также соединяют в У или Д.
В отличие от генераторов у мощных трансформаторов соединение треугольником по крайней мере одной из его обмоток является обычным [lj.
Группы соединений обмоток трансформаторов. Между первичной я вторичной ЭДС трансформатора, включенного под напряжение, может быть угол сдвига, который в общем случае зависит от схемы соединения и направления намотки обмоток, а также от обозначения (маркировки) зажимов.
Число сочетаний схем соединений У и Д может быть не более четырех: У/У, У/Д, Д/Д и Д/У, но, принимая во внимание возможность намотки обмоток на магнитопроводе в разных направлениях, случайное и преднамеренное изменение маркировки зажимов, а также соединение фазных обмоток в треугольник в ином чередовании, число схем включений трансформатора значительно возрастает. Приведем примеры. У каждой обмотки есть начало и конец. Начала обмоток обозначают буквами А, В, С, а, Ь, с, а концы X, ¥, Z, х, у, г соответственно. И хотя эти понятия условны, они имеют прямое отношение к действующей в обмотке ЭДС.

Рис. 8. Два варианта схем соединения фазных обмоток НН треугольником

Если у одной из обмоток поменять обозначения начала а и конца * (рис. 7), то, принимая ориентацию ЭДС по отношению к новому началу прежней (от * к в ), необходимо считать вектор ЭДС Еа повернутым на 180°. К такому же результату приводит и изменение направления намотки обмоток. В обмотках с односторонней намоткой (витки обеих обмоток идут от начал в правую или левую сторону) ЭДС совпадают по направлению, при разносторонней намотке они сдвинуты на 180°.

Рис. 9. Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов и автотрансформаторов :
а — трехфазных двухобмоточных трансформаторов; б — трехфазных трехобмоточнмх трансформаторов; в — трехфазных трехобмоточных автотрансформаторов

Рис. 10. Циклическая перемаркировка фаз обмотки в стандартной схеме. У/У-0
На рис. 8, а показано соединение фазных обмоток треугольником в стандартном порядке: а — у; Ь— z; с — х. Если обмотки соединить в порядке Oi — zt; сх — уЬг — xt (рис. 8,6), то векторы линейных ЭДС НН смещаются по отношению друг к другу на 60° (рис. 8, в) *
Чтобы упорядочить все многообразие схем соединений обмоток трансформаторов, введено понятие о группе соединений, характеризующее угловое смещение векторов линейных ЭДС вторичных обмоток относительно одноименных векторов линейных ЭДС обмотки ВН независимо от того, является трансформатор понижающим или повышающим.

Рис. 11. Циклическая перемаркировка фаз при ошибочном монтаже ошиновки. Обозначение фаз НН, соответствующее группе У/У-О, показано в скобках

Группа соединений обозначается числом, которое при умножении на 30° дает угол отставания вектора ЭДС вторичной обмотки от ЭДС Вектора первичной обмотки. Если, например, схема и группа соединений трансформатора обозначены У/Д-11, то смещение векторов линейных ЭДС равно 330°.
В ГОСТ 11677-75* предусмотрены две группы соединения обмоток трехфазных двухобмоточных трансформаторов: 0 и 11 (рис.9). Практически могут встретиться 12 групп и, кроме того, такие соединения, которые вообще не могут быть отнесены к какой-либо определенной группе. Заметим, что нестандартные группы могут быть получены ошибочно при монтаже и ремонте оборудования без вскрытия трансформатора и пересоединения его обмоток. Для этого достаточно, например, перекрасить шины фаз или перемаркировать обозначения выводов и потом ориентироваться на эти обозначения. Типичными являются следующие случаи. При перемещении обозначений выводов фаз (циклическая перемаркировка фаз), когда по кругу меняются местами надписи на выводах трех фаз на стороне ВН или НН (рис. 10), группа соединений каждый раз изменяется на 4 или 8 угловых единиц. Так, при подсоединении трансформатора зажим фазы b может ошибочно оказаться подсоединенным к сборной шине фазы а, зажим с — к шине фазы Л и т. д. Такое подсоединение равносильно перемаркировке фаз и влечет за собой изменение исходной группы трансформатора на 4 единицы. Действительно, построение и совмещение векторных диаграмм (рис.11) показывает, что векторы повернуты на 120°, или на 4 единицы.

*В построениях векторных диаграмм на рнс. 8 и далее принято направление векторов линейных ЭДС (напряжений) обмоток ВН от В к А и обмоток НН — от Ь к а .

Рис. 12. Двойная перемаркировка фаз при ошибочном монтаже ошиновки на стороне ВН и НН: а — исходная группа У/Д-11; б — перемаркировка одноименных фаз А и С, а и с; в — перемаркировка разноименных фаз А и С.

Рис. 13. Ошибочное обозначение выводов двух фаз b и с на стороне низшего напряжения
Перестановка обозначений двух фаз на стороне ВН и одновременно НН (двойная перемаркировка) у трансформатора, имеющего нечетную группу соединений, вызывает угловое смещение векторов ЭДС вторичной обмотки относительно их первоначального положения на 60 или 300°. Значение угла зависит от того, какие две фазы на стороне ВН, а также на стороне НН перемещаются — одноименные или разноименные. На рис. 12 показано, что достаточно поменять местами соединительные шины двух фаз А и С на стороне ВН и тех же фаз на стороне НН, как группа 11 перейдет в группу 1, а при перемене мест фаз А и С и. одновременно Ь и с группа 11 превращается в 9.
Наиболее вероятен в эксплуатационной практике случай перекрещивания шин только двух фаз на какой-нибудь одной стороне (ВН или НН), например фаз b и с. При этом изменяется порядок чередования фаз. Вместо а — b -с порядок чередования будете — с — Ь (рис. 13), и углы сдвига фаз одноименных ЭДС обмоток ВН и НН будут неодинаковы: = 0°; ifpb = 120°; \fCc — 240°. Это обстоятельство не позволяет отнести трансформатор к определенной группе соединений.
Одним из основных условий параллельной работы трансформаторов является тождественность групп соединений их обмоток, что устанавливается по паспортным данным или специальными измерениями. Но даже при одинаковых группах перед первым включением в работу (после монтажа или капитального ремонта со сменой обмоток, отсоединением кабелей и пр.) трансформатор фазируют с сетью, так как на зажимах включающего аппарата (выключателя, отделителя, рубильника) может появиться сдвиг фаз в результате неправильного присоединения токоведущих частей к аппаратам и выводам трансформатора, о чем было сказано выше. Здесь следует особо подчеркнуть, что цель фазировки заключается не в определении группы, к которой принадлежит включаемый трансформатор, а в проверке согласованности соединяемых фаз всех элементов трехфазной цепи со стороны как высшего, так и низшего напряжения.

Назад
Вперёд

Перекос фаз: как определить и что делать?

Чашка ароматного кофе, хрустящие тосты, чистая глаженая одежда – это лишь малая часть того, чтоб было бы невозможно, ну или очень сложно, не будь у нас электричества. Добавляя всё больше бытовых приборов для комфортной жизни, мы часто забываем о грамотном распределении нагрузок. И в результате начинаем замечать, что светильники стали тусклее, утюг греется дольше, барабан в стиральной машине или двигатель пылесоса раскручиваются с трудом, варочная панель не достигает максимальной температуры или не включается телевизор.

«Странное» поведение приборов говорит нам о том, что происходит перекос – явление, где на перегруженной фазе напряжение падает ниже нормы, тогда как на недогруженной происходит резкое повышение напряжения, превышающее пределы нормы. В трёхфазной сети такое явление могут вызвать три причины:

Неверное распределение энергии между однофазными потребителями, которые включаются одновременно приводит перегрузке одной фазы и недогрузке второй.
При обрыве, повреждении или дефекте нулевого провода, когда одна из оставшихся фазных жил берёт на себя функцию нейтрали, что создаёт резкое скачкообразное повышение напряжения.
Заземление фазного провода может привести к срабатыванию УЗО или возникновению токов короткого замыкания.

Последствия любой из этих причин непредсказуемы, но всегда плачевны, а разница между ними кроется лишь в размере ущерба. Например, электроприбор может не выдержать скачок и сгореть, которое замыкание спроецирует электрический пожар, низкое напряжение, напротив, приведёт к недобору мощности и неэффективной работе техники. А при асимметрии фаз Вы будете приплачивать за электричество.

Стоит заметить, что «последствия легче предупредить…» Поэтому для защиты проводки и бытовой техники можно провести ряд профилактических мероприятий или добавить в цепь необходимое модульное электрооборудование.

Для однофазных цепей, которые всё ещё встречаются в старых домах или на дачах, перекос фаз гораздо опаснее, так как оборудование почти сразу даёт серьёзный сбой или сгорает. Чтобы обезопасить себя и продлить срок эксплуатации приборов, лучше включить в цепь следующие устройства:

Автоматические выключатели, которые при недопустимо высоком напряжении оперативно размыкают цепь в автоматическом режиме, предотвращая аварийные ситуации и поломку оборудования.
Стабилизатор напряжения, который позволит предотвратить асимметрию в перераспределении нагрузок, и специальный трансформатор, который обеспечивает симметричное распределение нагрузок и обеспечивают стабильную работу однофазной сети. Последний вариант будет актуален для дач и частных домов.
В редких случаях допускается применение конденсаторов с переменной ёмкостью и низкой токопроводимостью.

Выключатель автоматический 1П OptiDin BM63-1C32-УХЛ3 (6кА) 260508
387,21

Выключатель автоматический 1П MD63 20А 6кА хар-ка C YON ДКС MD63-1C20-6
430,22

Выключатель автоматический 1П 32А 4.5кА хар-ка C Easy9 SE EZ9F34132
375,32

Выключатель автоматический 1П ВА47-60 32А 6кА хар-ка C KARAT ИЭК MVA41-1-032-C
292,40

Выключатель автоматический 1П TX3 6000 20А 6кА хар-ка C TX3 Legrand 403917цена по запросу

У трёхфазных цепей есть как минимум ещё две фазы «чтобы смягчить последствия». Но и здесь, лучше сыграть на опережение:

Необходимо продумать заранее, а в случае проблем пересмотреть, существующую схему подключения электротехники, исходя из того, какие приборы будут работать одновременно.
Включить в сеть трёхфазный стабилизатор, рассчитанный на предельно допустимую на заданном контуре нагрузку.
Интегрировать в сеть реле контроля фазного тока, которое автоматически отслеживает уровень напряжения. И в случае резких скачков, которые превышают заданные допустимые значения, оперативно размыкает цепь и предотвращает аварийные ситуации.
Установить трансформатор для симметричного распределения нагрузок и обеспечения бесперебойной работы сети независимо от количества и мощности подключённых потребителей.

Реле контроля фаз CZF-B DIN Евроавтоматика F&F EA04.001.002
1 650

Реле контроля напряжения РН 10-3х400В SQ1504-0011
1 743

Реле контроля фаз РК101-02 23301DEK
2 838

Реле тока ORI 1,6-16А 24-240В AC/24В DC IEK ORI-01-16
1 882,37

Реле контроля напряжения 3-фазное РНПП-311 НОВАТЕК A8291-80108615
2 983

нитей и правило рычага


Стяжки и Рычажная линейка		стр. 1 из 9

Рассмотрим охлаждающий сплав при состав и температура отмечены на диаграмме. Как изображенном на фазовой диаграмме, сплав при данной температура, смесь альфа и жидкой фаз — но каков их точный состав при этой температуре?


Стяжки и Рычажная линейка		стр. 2 из 9

Изотермический (постоянная температура) линия через положение сплава на фазовой диаграмме, когда он находится в двухфазном поле, пересекающие две соседние растворимости кривые, называется связующей линией (да, это горизонтальная желтая линия на диаграмме).

концы связующих линий показывают композиции двух фазы, находящиеся в равновесии друг с другом при эта температура . Из схемы мы знаем что альфа и жидкие фазы будут существовать. Линия галстука показывает, что альфа-фаза 5,2%B и жидкая фаза 34,5%B при этой температуре.

Помните, однако, что общий состав образец без изменений — мы только открытие композиций составляющих фаз в образце.


Стяжки и Рычажная линейка		стр. 3 из 9

Для охлаждающего сплава на композиция С _или и температура T _x, соединительные линии могут использоваться для ответа на такие вопросы, как как:

какие фазы присутствуют?
каков их состав?
если снизить температуру до T _y , как различаются составы двух фаз?

Ответ на «какие фазы присутствуют ?» легко. Состав C _o и температура T _x встречаются в фазе бета + жидкость поле, так что эти две фазы присутствуют.


Стяжки и Рычажная линейка		стр. 4 из 9

Чтобы ответить «какие их композиции ?» мы должны провести горизонтальную связующая линия от точки до ближайшей фазовой диаграммы границы. Линия связи показывает нам, что композиции являются:

Жидкость: X мас. % B
Бета: Y мас.% B


Стяжки и Рычажная линейка		стр. 5 из 9

Для ответа на последний вопрос «если температура снижена до T _y , как различаются составы двух фаз?» считают новая соединительная линия, показанная желтым цветом на диаграмме.

составы жидкости и бета-фазы уменьшились в мас.%В до:

Жидкость: X’ % B
Бета: Y’ вес. % B

Таким образом, получаются и жидкая, и бета-фазы. богаче А по мере охлаждения образца.


Стяжки и Рычажная линейка		стр. 6 из 9

Теперь, когда мы знаем композиции из двух фаз нам нужно найти сколько каждой фазы существует при данной температуре. соотношение двух присутствующих фаз можно найти, используя правило рычага.

В На первый взгляд правило рычага может показаться запутанным. Это действительно ссылаясь на сохранение массы, и может быть доказано математически, как показано ниже на диаграмме.

По сути, мы начинаем с общей композиции. из нашего сплава — С _или . Из галстука мы знаем что две фазы при данной температуре имеют два разные составы, но в целом их количество два состава должны составлять общую массу сплава состав, С _или .

Это основа правила рычага. Использование рычага само правило очень простое, мы покажем вам с схема…..


Стяжки и Рычажная линейка		стр. 7 из 9

В основном пропорции присутствующих фаз дается родственник длины стяжной линии.

Итак пропорции альфа и жидкости, представленные на диаграмме (показывая часть всей фазовой диаграммы):

Просто, не так ли?

Но… какое уравнение соответствует какой фазе?


Стяжки и Правило рычага		стр. 8 из 9

Теперь рассмотрим тот же сплав при пересечении линии ликвидуса. Представляется разумным предположить, что на данном этапе сплав будет почти полностью жидким. Глядя на диаграмму видно что Y1 это очень маленький здесь и так должна быть пропорция присутствует альфа.

Аналогично Х1 есть относительно большой и так это соответствует количеству жидкости.

Итак, осталось сторона связующей линии дает долю жидкости фаза (фаза справа), а справа сторона связующей линии дает пропорцию альфа фаза (фаза слева).

Помните: вы используете длину самой дальней линии из интересующего вас этапа.


Стяжки и Рычажная линейка		стр. 9 из 9

Расстояния по связующей линии можно очень просто найти с помощью линейки на точном фазовая диаграмма или, правильнее, с использованием данных ось композиции (ось x).

Например, на показанной диаграмме, процент присутствующего альфа-канала может быть рассчитывается из трех частей данных о составе дано:

Доля альфа = (34,5 — 23,7) / (34,5 — 5,2) = 0,3686

Таким образом, процент альфа = 0,3686 x 100 = 36,86%

и, поскольку альфа и жидкость составляют 100% состав сплава:

Процент жидкости = 100 — 36,86 = 63,14%

Фазовые диаграммы — Химия LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы
1535

Фазовая диаграмма представляет собой графическое представление физических состояний вещества при различных условиях температуры и давления. Типичная фазовая диаграмма имеет давление на оси y и температуру на оси x. Когда мы пересекаем линии или кривые на фазовой диаграмме, происходит изменение фазы. Кроме того, на линиях или кривых сосуществуют в равновесии два состояния вещества.

Введение

Фазовый переход — это переход из одного состояния вещества в другое. Есть три состояния вещества: l жидкое, твердое и газообразное .

Жидкость: Состояние вещества, состоящее из рыхлых, свободно движущихся частиц, которые образуют форму, заданную границами сосуда, в котором находится жидкость. Это происходит потому, что движение отдельных частиц внутри жидкости гораздо менее ограничен, чем в твердом теле. Можно заметить, что некоторые жидкости текут легко, тогда как некоторые жидкости текут медленно. Относительное сопротивление жидкости течению равно 9.вязкость 0013 .
Твердое тело: Состояние вещества с плотно упакованными частицами, которые не изменяют форму или объем сосуда, в котором оно находится. Однако это не означает, что объем твердого тела является постоянным. Твердые тела могут расширяться и сжиматься при изменении температуры. Вот почему, когда вы ищете плотность твердого тела, это будет указывать на температуру, при которой указано значение плотности. В твердых телах существуют сильные межмолекулярные силы, которые удерживают частицы в непосредственной близости друг от друга. Еще одна интересная вещь, о которой стоит подумать, это то, что все настоящие твердые тела имеют кристаллическую структуру. Это означает, что их частицы расположены в трехмерном упорядоченном порядке. Твердые тела претерпевают фазовые изменения, когда сталкиваются с изменениями энергии.
Газ: Состояние вещества, при котором частицы рассредоточены без определенной формы или объема. Частицы газа примут форму и заполнят объем сосуда, в который они помещены. В газе нет межмолекулярных сил, удерживающих частицы газа вместе, поскольку каждая частица движется со своей скоростью в своем направлении. . Частицы газа часто разделены большими расстояниями.

Фазовые диаграммы иллюстрируют изменения между состояниями вещества элементов или соединений в зависимости от давления и температуры. Ниже приведен пример фазовой диаграммы для общей однокомпонентной системы:

Тройная точка – точка на фазовой диаграмме, в которой сосуществуют три состояния вещества: газообразное, жидкое и твердое
Критическая точка – точка на фазовой диаграмме, в которой вещество неразличимо между жидким и газообразным состояниями
Кривая плавления (плавления) (или замерзания) – кривая на фазовой диаграмме, представляющая переход между жидким и твердым состояниями
Кривая испарения (или конденсации) – кривая на диаграмме состояния, представляющая переход между газообразным и жидким состояниями
Кривая сублимации (или осаждения) – кривая на фазовой диаграмме, представляющая переход между газообразным и твердым состояниями

Фазовые диаграммы отображают зависимость давления (обычно в атмосферах) от температуры (обычно в градусах Цельсия или Кельвина). Метки на графике представляют устойчивые состояния системы в равновесии. Линии представляют комбинации давлений и температур, при которых две фазы могут существовать в равновесии. Другими словами, эти линии определяют точки фазового перехода. Красная линия разделяет твердую и газовую фазы, представляет сублимацию (твердое тело в газ) и осаждение (газ в твердое). Зеленая линия разделяет твердую и жидкую фазы и представляет плавление (от твердого к жидкому) и замерзание (от жидкого к твердому). Синий цвет разделяет жидкую и газовую фазы, представляет испарение (жидкость в газ) и конденсацию (газ в жидкость). На диаграмме также есть две важные точки: тройная точка и критическая точка. Тройная точка представляет собой комбинацию давления и температуры, которая способствует равновесию всех фаз материи. Критическая точка завершает линию жидкостной/газовой фазы и относится к критическому давлению, давлению, выше которого образуется сверхкритический флюид.

Для большинства веществ температура и давление, относящиеся к тройной точке, лежат ниже стандартной температуры и давления, а давление в критической точке превышает стандартное давление. Поэтому при нормальном давлении с повышением температуры большинство веществ переходит из твердого состояния в жидкое и газообразное, а при стандартной температуре при повышении давления большинство веществ переходит из газообразного в жидкое и твердое.

Исключение: Вода

Обычно линия твердой/жидкой фазы имеет положительный наклон вправо (как на диаграмме для двуокиси углерода ниже). Однако для других веществ, особенно воды, линия наклонена влево, как показано на диаграмме для воды. Это указывает на то, что жидкая фаза более плотная, чем твердая. Это явление обусловлено кристаллической структурой твердой фазы. В твердых формах воды и некоторых других веществ молекулы кристаллизуются в решетке с большим средним расстоянием между молекулами, в результате чего получается твердое тело с меньшей плотностью, чем жидкость. Из-за этого явления можно растопить лед, просто применяя давление, а не добавляя тепло.

₂

Перемещение по диаграмме

Перемещение по фазовой диаграмме раскрывает информацию о фазах материи. Движение вдоль линии постоянной температуры позволяет выявить относительные плотности фаз. При движении от низа диаграммы к верху относительная плотность увеличивается. Движение вдоль линии постоянного давления показывает относительные энергии фаз. При движении слева на диаграмме вправо относительные энергии увеличиваются.

Важные определения

Сублимация — это когда вещество переходит непосредственно из твердого состояния в газообразное.
Осаждение происходит, когда вещество переходит из газообразного состояния в твердое; это обратный процесс сублимации.
Плавление происходит, когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое.
Слияние — это когда вещество переходит из жидкого состояния в твердое, обратное плавлению.
Испарение (или испарение ) — это переход вещества из жидкого состояния в газообразное.
Конденсация происходит, когда вещество переходит из газообразного состояния в жидкое, обратное испарению.
Критическая точка – точка температуры и давления на фазовой диаграмме, где жидкая и газообразная фазы вещества сливаются вместе в одну фазу. За пределами температуры критической точки объединенная одна фаза известна как сверхкритическая жидкость .
Тройная точка возникает, когда температура и давление трех фаз вещества сосуществуют в равновесии.

Ссылки

Котц, Джон К. и Пол Младший Трейчел. Химия и химическая реактивность . Np: Издательство Saunders College Publishing, 1999.
Окстоби, Дэвид В., Х. П. Гиллис и Алан Кэмпион. Основы современной химии . Бельмонт, Калифорния: Thomson Brooks/?Cole, 2008.
Петруччи, Ральф и Уильям Харвуд. Ф. Джеффри Херринг. Джеффри Мадура. Общая химия: принципы и современные приложения. 9-е изд. Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон, 2007.
Фоллмер, Джон Дж. «Из «разреженного воздуха»: изучение фазовых переходов». J.Chem.Educ. 2000 : 77, 488A,

Задачи

Представьте себе вещество со следующими точками на фазовой диаграмме: тройная точка при 0,5 атм и -5°C; нормальная температура плавления при 20°С; нормальная температура кипения при 150°С; и критическая точка при 5 атм и 1000°С. Сплошная жидкая линия является «нормальной» (что означает положительный наклон). Для этого выполните следующее:

1. Примерно нарисуйте фазовую диаграмму, используя единицы измерения атмосферы и Кельвина.

Ответить: 1-твердое, 2-жидкое, 3-газовое, 4-сверхкритическое жидкое, точка O-тройная точка, C-критическая точка -78,5 °C (фаза сухого льда переходит из твердой в газообразную при -78,5 °C)

2. Ранжировать состояния по возрастанию плотности и возрастанию энергии.

3. Опишите, что можно было бы увидеть при давлении и температуре выше 5 атм и 1000°C.

Ответить: Можно было бы увидеть сверхкритическую жидкость, при приближении к которой можно было бы увидеть исчезновение мениска между жидкостью и газом.

4. Опишите, что произойдет с веществом, когда оно будет находиться в вакууме при температуре -15°C и медленно подвергаться воздействию давления.

Ответить: Вещество изначально было газом, и по мере увеличения давления оно сжималось и в конечном итоге затвердевало, не превращаясь в жидкость, поскольку температура ниже температуры тройной точки.

5. Опишите фазовые переходы от -80°C до 500°C при 2 атм.

Ответить: Вещество будет плавиться где-то около, но выше 20°C, а затем кипеть где-то около, но выше 150°C. Он не будет образовывать сверхкритическую жидкость, поскольку ни давление, ни температура не достигают критического давления или температуры.

6. Что существует в системе при 1 атм и 150°?

Ответить: В зависимости от того, сколько энергии находится в системе, в равновесии будет находиться разное количество жидкости и газа. Если добавить достаточно энергии, чтобы поднять температуру жидкости до 150°C, то будет просто жидкость. Если добавить больше, будет немного жидкости и немного газа. Если было добавлено достаточно энергии, чтобы изменить состояние всей жидкости без повышения температуры газа, то останется только газ.

7. Обозначьте области 1, 2, 3 и 4 и точки O и C на схеме.

8. Образец сухого льда (твердый CO ₂ ) охлаждают до -100 °C и помещают на стол при комнатной температуре (25 °C). При какой температуре скорость возгонки и осаждения одинакова? (Предположим, что давление поддерживается постоянным на уровне 1 атм).

Авторы и ссылки

Мэтью МакКиннелл (UCD), Джесси Верхейн (UCD), Пей Ю (UCD), Лок Ка Чан (UCD), Джессика Дхаливал (UCD), Шьял Бхела (UCD), Кэндис Вонг-Синг ( УДК)

Phase Diagrams распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4.