Курсовая работа: Определение термодинамических активностей компонентов бронзы БрБ2

Тогда система (2.4) перепишется в виде:

 (2.7)

Обозначим через х мольные доли компонентов в α-фазе, а через N – мольные доли компонентов в γ-фазе, и учитывая условия нормировки их на единицу, можно систему уравнений (2.7) с учётом (1.3) и (1.6) переписать в следующем виде:

 (2.8)

Если бы были известны мольные доли x и N при 25°С, то можно было бы с помощью (2.8) непосредственно вычислить значения Q при этой температуре. Однако при столь низкой температуре невозможно получить экспериментальных данных о координатах купола расслаивания. Дело в том, что наступление равновесия между фазами происходит, благодаря диффузии атомов, а в комнатных условиях она протекала бы экстремально долго (несколько сотен лет). Поэтому необходимо изучить температурную зависимость энергий смешения и экстраполировать её на уровень комнатных температур.

Если T=const и известны все x и N, то система уравнений (2.8) линейна относительна параметров Q и может быть решена аналитически.

Обозначим . Если теперь перенести правую часть системы (2.8) в левую, то она перепишется в виде:

 (2.9)

Выразим  из первого уравнения системы (2.9):

 (2.10)

Подставим (2.10) во второе уравнение системы (2.9):

 (2.11)

Теперь можно выразить в явном виде величину :

 (2.12)

Теперь приведём выражения в числителе и знаменателе дроби (2.12) к общему знаменателю:

(2.13)

Умножив числитель и знаменатель дроби (2.13) на выражение , окончательно получим:

(2.14)

Система уравнений (2.9) не имеет степеней свободы, поэтому случайная погрешность отсутствует. Возможно, пользуясь законом накопления ошибок, определить систематическую погрешность и рассчитать доверительный интервал для значений Q. В данной работе это не учитывается.

Координаты купола расслаивания при различных температурах были сняты с диаграммы состояния Cu – Ni (рис. 1.7) и представлены в таблице 2.1.

Табл. 2.1. Координаты купола расслаивания твёрдого раствора при разных температурах.

Для каждой из температур были проведены вычисления значений энергий смешения.  вычислены по формуле (2.14), а  при известной  по формуле (2.10). Для вычислений была использована компьютерная программа, текст которой приведён в приложении А.

Результаты вычислений приведены в таблице 2.2, а график температурной зависимости энергий смешения – на рисунке 2.1.

Табл. 2.2. Значения энергий смешения компонентов системы Cu – Ni при разных температурах

Рис. 2.1. Зависимости энергий смешения компонентов системы Cu – Ni от температуры.

2.2  Расчёт купола расслаивания твёрдого раствора Cu–Ni

Для проверки адекватности модели, использованной при решении, а следовательно и правильности определения значений энергий смешения необходимо решить обратную задачу – по известным температурным зависимостям величин Q рассчитать координаты купола расслаивания и сравнить его со снятым с диаграммы состояния. Фактически, необходимо решить систему относительно x, N и T.

В соответствии с правилом фаз Гиббса, система Cu – Ni имеет одну степень свободы. Это означает, что только один из параметров x, N, T является независимым. Для однозначного решения необходимо задавать один параметр и, решая систему (2.8), находить остальные.

Для учёта зависимостей  и  от температуры необходимо провести аппроксимацию этих функций полиномами. В рамках этой работы было проверено два способа аппроксимации.

Способ №1. Результаты аппроксимации зависимостей Q=f(T) представлены в таблице 2.3. Там же приведены значения полученных коэффициентов достоверности аппроксимации (квадратов коэффициентов корреляции).

Табл. 2.3. Аппроксимация зависимостей Q=f(T).

Видно, что для линии 1 высоких значений R2 удаётся достичь только при больших степенях полинома. К сожалению, при этом не очень точно вычисляются их коэффициенты. К тому же, с такими зависимостями трудно работать. Всё это послужило причиной того, что от данного способа автор работы отказался.

Способ №2. Было принято решение разделить функции на три части соответствующие температурам для первой части, для второй и для третьей (на рис. 2.1 эти части разделены вертикальными прямыми). На каждом из этих отрезков зависимость можно аппроксимировать полиномом меньшей степени. Результаты приведены в таблице 2.4.

Табл. 2.4. Аппроксимация частей зависимости Q=Q(T).

Страницы: 1, 2, 3, 4