Калькулятор правила фаз Гиббса

Введите расчет

Число компонентов (C)

Число фаз (P)

Результатов

Число степеней свободы (F)

1

независимые интенсивные переменные

Компоненты (C)	1
Фазы (P)	2
Уравнение	F = C − P + 2

Что такое правило фаз Гиббса?

Правило фаз Гиббса — это фундаментальное соотношение физической химии и термодинамики, которое определяет число независимых интенсивных переменных (степеней свободы), которые можно менять, не изменяя при этом число фаз в равновесной системе. Оно записывается в виде \(F = C - P + 2\), где F — число степеней свободы, C — число химических компонентов, а P — число присутствующих фаз. Слагаемое «+2» учитывает две интенсивные переменные: температуру и давление.

Как пользоваться калькулятором

Введите число компонентов (C) — минимальное число независимых химических веществ, необходимое для описания всех фаз, — и число фаз (P), например твёрдую, жидкую, газообразную фазы или различные кристаллические структуры. Калькулятор сразу выдаст F — число степеней свободы. Значение \(F = 0\) означает, что система нонвариантна (зафиксирована в одной точке, как тройная точка), \(F = 1\) — моновариантна, а \(F = 2\) — дивариантна.

Разбор формулы

Каждая фаза накладывает ограничения через равновесие между фазами, тогда как каждый компонент и две переменные состояния (T и P) добавляют свободу. Вычитая число фаз из числа компонентов и прибавляя 2, мы получаем итоговое число переменных, которые можно изменять независимо. Если давление поддерживается постоянным (правило фаз для конденсированных систем), формула принимает вид $$F = C - P + 1.$$

Правило фаз связывает число степеней свободы (F) с числом компонентов (C) и фаз (P).

Пример расчёта

Рассмотрим чистую воду в её тройной точке. Здесь \(C = 1\) (только вода), а \(P = 3\) (одновременно сосуществуют лёд, жидкая вода и пар). Тогда $$F = 1 - 3 + 2 = 0,$$ то есть тройная точка нонвариантна — она существует лишь при одном строго определённом сочетании температуры и давления. Для одной только жидкой воды (\(C = 1\), \(P = 1\)) получаем $$F = 1 - 1 + 2 = 2,$$ поэтому и температуру, и давление можно менять свободно.

Для одного компонента F = 2 в области, 1 на граничной линии и 0 в тройной точке.

Частые вопросы

Откуда берётся «+2»? Оно отражает две интенсивные переменные состояния — температуру и давление, которые влияют на фазовое равновесие.

Может ли F быть отрицательным? Нет. Отрицательный результат указывает на невозможное (переопределённое) сочетание компонентов и фаз, которые не могут сосуществовать в равновесии.

Что делать, если давление фиксировано? Используйте упрощённое правило фаз \(F = C - P + 1\), которое часто применяют в металлургии и для конденсированных систем.