More Related Content Similar to Thermodynamics of confined fluid (20) Thermodynamics of confined fluid1. هَضَعسویٌاس:
ٍ ًًَا فضای دس ُشذ هحبَس سیاالت
آًْا تشهَدیٌاهیکی خَاص
تٌظین ٍ ِتْی:
ابشاّیوی هیٌا
اسجوٌذ استاد بشای ِاسائ جْت:
ًیا هحسي هحسي پشٍفسَس
خشداد93
1
2. آًْا ّای ٍیژگی ٍ سیاالت:
ساختاسسیال
ػبختبسػیبلِثًَِگایاػتِکًِثیًظویکبهلًًٍِظنػشاػشی(حبلتثلَسی)
ِثلکفقػیکًظنهَظعیٍجَدداسد.ًِظشییلٌبسد-جًَض-دًٍـشِکِثًِظشییػلَل
هعشٍفاػتدسایيًِظشیفشضهی،ؿَدّشهَلکَلیدسػلَلیهحجَعاػتِکهَلکَل
حجغُؿذدسػلَلتحتتبثیشپتبًؼیلثشّنکٌؾثبهَلکَلّبیُجذاسحشکتهیکٌذ.
پتبًؼیلِجبرثثبعثهیؿَدػیبلِثصَستپبیذاسثبقیثوبًذٍهتالؿیًـَدٍپتبًؼیل
ِدافعثبعثهی،ؿَدػیبلِثػختیهٌقجطؿَد.
2
3. سیال شؼاػی تَصیغ تابغ
دسداسد ٍجَد آًْب ثیي استجبغ یب ّوجؼتگی یک ،ًیؼتٌذ ّن اص هؼتقل رسات ػیبالت.ٍس ایي اص
یبفتي احتوبلnّبی هَقعیت دس ِک ُرسr₁ٍr₂کشد تعشیف صیش ؿکل ِث هیتَاى سا اًذ ِگشفت قشاس:
ρ 𝑛 (𝑟1 … 𝑟𝑛) = 𝜌 𝑛 𝑔 𝑛 (𝑟1 … 𝑟𝑛)
𝑔 𝑛 (𝑟1 … 𝑟𝑛)هیضاىثؼتگی ّنرسات ثیي1تبnهی ًـبى سادّذ.
ρ(𝑛) r1 … 𝑟𝑛 =
N!
N − n !
∗
… e−βU(N)
drn+1 … drN
Z 𝑁
اًتگشالپیکشثٌذی
ZN = …
∞
0
e−βUN
∞
0
dr1 … drN 3
4. سیال شؼاػی تَصیغ تابغ
ρ 𝑛 r1 … 𝑟𝑛 = (
N
V
) 𝑛
𝑔 𝑛 𝑟1 … 𝑟𝑛 =
𝑉 𝑛N!
𝑁 𝑛 N − n !
∗
… e−βU(N) dr 𝑛+1 … drN
Z 𝑁
اصثیيتوبمتَاثعتَصیعیکتبثعتَصیعاصاّویتٍُیظایثشخَسداساػتِکِثتبثع
تَصیعؿعبعیجفتٍیبتبثعّنثؼتگی،جفت𝑔 2 𝑟1, 𝑟2هعشٍفاػت.
4
5. با آًْا تفاٍت ٍ کَچک ّای سیستن تشهَدیٌاهیک
ٍهاکش ّای سیستن
اثشاتسطحی
دسًِػبهبّبیکَچکتعذادهَلکَلّبیػؽحیًؼجتِثهَلکَلّبیُتَدداسایاّویت
هیثبؿٌذ.
5
7. خیض ٍ افت
ًِػبهب ّبی کویت دس صیبد خیض ٍ افت دلیل ِثکَچکحؼت ثش سا ّب ًِػبهب ایي تَاى ًوی
کشد تَصیف خَدؽ ّبی هتغیش.
7
دسًِػبهبّبیهبکشٍػکَپیهتغیشّبحَلهقذاس
هتَػػتَصیعثؼیبسثبسیکداسًذ.اهبهقبدیشتَاثع
تشهَدیٌبهیکیًِػبهبّبیکَچکدسهحیػّبیهختلف
ًبعوَههتفبٍتّؼتٌذ.
کویتّبیًِػبهبّبیکَچکساغیشهقذاسی
هیًبهٌذ.ًِػبهبّبیغیشهقذاسیتَػػآهبسجذیذ
تؼبلیغثشسػیهیؿًَذ.
9. کشد ثٌذیِدػت اصلی هعیبس ٍد اػبع ثش تَاىهی سا ایًُبًَحفش هَاد:
9
ػبختبسّبیثلَسی(Crystalline)یب
هٌظن(Ordered)ِکداسایآسایؾ
ػبختبسیهٌظویّؼتٌذ.
ػبختبسّبیؿک ثیل(Amorphous)
یبًظی ثیین(Disordered)کیًِظین
ًذاسًذ خَد ػبختبسی آسایؾ دس خبصی.
هیکشٍپییَس؛هییَادیثییبّییبیُحفییش،سیییض
ثبّبیُحفش ُاًذاص0-2ًبًَهتش
هضٍپَس؛هَادیّیبیُحفش ثب،هتَػیػثیب
ُاًذاصّبیُحفش2-40ًبًَهتش
هبکشٍپَس؛هیَادیّیبیُحفیش ثیب،دسؿیت
اص تشثضسگ ّبیُحفش ُاًذاص ثب50ًبًَهتش
اساس بش بٌذیِطبقساختاس ًظن ُاًذاص ٍِسیل ِب بٌذیِطبقهٌافز
10. ًًَا فضای دس ُشذ هحبَس سیاالت
10
ػلَلّبیُصًذِثساحتیِثتجبدلآةٍ
یَىاصؼشیقهجشاّبیًًَبهتشیثبػبختبس
پشٍتئیٌیهیپشداصًذ.
کاسبشدٍاّویتآًْا
ّای کاًال
ٍ یًَی
آکَاپَسیي
ّا
ػیبالتهحجَعُؿذدسفعبیًًَبکبسثشد
ّبیصیبدی،داسًذاصِجول:
کٌتشلآلَدگی
جذاػبصیهخلَغّب
کبتبلیضٍسًبّوگيٍاکٌؾّبیؿیویبیی
صٌبیع،ؿیویبیی،گبصیًفتی
ؼشاحیػؽحّبیػَپشآةگشیض
عولکشدغـبّبیثیَلَطیکی
ػبختُآصهبیـگبسٍییکِتشاؿ
13. ًًَا فضای دس ُشذ هحبَس سیال ساختاس
خَافػبختبسیٍدیٌبهیکییکػیبلهحجَعُؿذدسیکًًَبُحفشیبًِبًَصفحِثعَاهل
صیشثؼتگیداسد:
ِثؿکلٌّذػیهحلیِکػیبلهحجَعاػت
ثشّنکٌؾّبیثیيُدیَاسٍػیبل
ثشّنکٌؾّبیثیيهَلکَلّبیػیبل
تَصیعچگبلیػیبلهحجَعُؿذدسثیيفعبیثبسیکًًَبُحفشیِصفحایِثصَست
ًبّوگياػت.
13
14. ػبختبسًًَب ثیي ُؿذ هحجَع ػیبل ای ِالیصفحبت
ثبیبثذ هی افضایؾ ّب ِالی تعذاد صفحبت ی ِفبصل افضایؾ.
اؼشاف ّب هَلکَل تجوع ،ُتَد ػیبل ی ِداًؼیت فضایؾ ثب
یبثذ هی افضایؾ ّب ُدیَاس.
14
سخت ی ُکش سیال
15. کشبٌی ّای ِ َ ًًَا داخل دس ُشذ هحبَس آب ٍُیژ ّای سفتاس
15
ِخَؿّبیهَلکَلیهؼتقل
هبیعچگبلثذٍىًظنثلٌذثشد
آسایؾهٌظنثبِحلقّبی4،5،6ٍ7
ظلعی
ًتبیجِؿجیػبصیّبیدیٌبهیکهَلکَلی
ًـبىدادِکهَلکَلّبیآةًبتقشیجِثؼَس
آًیفعبیداخلًًَبِلَلّبیکشثٌیسا
اؿغبلُکشدٍدسؼَلصهبىُصًجیشاییک
ثعذیهتـکلاص2-7هَلکَلسادسؼَلًًَب
ِلَلتـکیلدادًذ.
داخل دس آب جذیذ ی َک َه چیذهاى
کشبٌی ّای ِ َ ًًَا
ّای ِ َ ًًَا هیاى اص آب سشیغ ػبَس
کشبٌی
19. خاسجی فشاس تحت ُشذ هحبَس سیال ساختاس
حجنهایغِبهقذاسًاچیضکاّشهییابذ.
اهافاصگاصتغییشحجنرابلتَجْیخَاّذداشت.
اػوالفشاسخاسجیهیتَاًذباػثتغییشفاصسیالشَد.
19
20. ِ هؼادًًَا فضای دس ُشذ هحبَس سیاالت بشای ت حا:
20
ثشایِاسائِهعبدلحبلتِثؼَسکلیثبیذخبصیتتشهَدیٌبهیکیاًشطیآصادگیجغسا
ِهحبػجکشدٍاصآىًؼجتِثهتغیشحجنهـتقگشفتتبثتَاىِساثؽایثیي،فـبسحجنٍ
دهبِکّوبىِهعبدلیحبلتاػتثذػتآٍسد.
کشد ِهحبػج آى حبلت ِهعبدل اص تَاى هی سا ػیؼتن یک تشهَدیٌبهیکی خَاف توبم.
ًًَب فعبی دس ُؿذ هحجَع ػیبالت حبلت ِهعبدل ی ِهحبػج ّبی سٍؽ:
A = −KTln(
q T N
N! Λ3N
∗ ZN)
P = NKT((
dlnq T
dV
)T,N(
dlnZN
dV
)T,N) = NKT(
dlnZN
dV
)T,N
21. اختالل ی ًِظشی
ػبختبسِؿجی ثؼیبس ػخت کشات اص هتـکل چگبل ػیبالت ػبختبس ِث ٍاقعی هبیعبتاػت
ًٍیشٍیسا کَچک ی ُکٌٌذ اختالل عبهل یک ًقؾ ِجبرثداسد.اًشطی ًِظشی ایي ؼجق
آیذ هی ثذػت صیش صَست ِث پیکشثٌذی پتبًؼیل:
UN = UN
0
+ UN
1
21
ی چگا تابؼی ی ًِظشی(DFT)
دسایيسٍؽکویتّبیتشهَدیٌبهیکی
ِاصجولاًشطیآصادًِػبهبساؼیسٍؽّبیی
ِثصَستتبثعیاصتبثعتَصیعچگبلیتک
ُرسای(چگبلیهَظعی)ٍیبNُرسای
هیًَیؼٌذ.
𝜌 𝑛 𝑟1 … 𝑟𝑛 =
N!
N − n !
∗
… e−βU(N)
dr 𝑛+1 … drN
Z 𝑁
ρ(1) r1 =
N!
N − 1 !
∗
… e−βU(N)
dr2 … drN
Z 𝑁
22. 22
Q =
q T N
N! Λ3N
∗ ZN(T, V, N)
ZN = …
∞
0
e−βUN
∞
0
dr1 … drN
A = −KTln(
q T N
N! Λ3N
∗ ZN)
UN = UN
0
+ UN
1
ZN
= …
∗
0
e
−β UN
0
+UN
1∗
0
dr1 … drN
23. 23
1
• ZN = ZN
(0)
e−βUN
(1)
0
• lnZN
(1)
= −β UN
1
0
2
• A= A T + A 0
+
1
2
ρ0 r1 ρ0 r2 g0 r1, r2, ρ
∗
r1−r2 =d
u12
1
dr1dr2
+ u1w r ρ0
1
r
∗
d
dr
…
• A= A T + A(0)
−
V
N
∗ 5.35 −
7
H
∗ C0 +
C1V
N
+
C2V2
N2 +
C3V3
N3 −
V
NH
∗ *a +
bV
N
+
CV2
N2 +
24. شؼاػی تَصیغ تابغ
اًتگشالسا ًِػبهب ثٌذی پیکشثش ثبیذثذػت جفت ؿعبعی تَصیع تبثع حؼتآٍسدی ِّو ثتَاى تب
کشد ِهحبػج سا ًِػبهب تشهَدیٌبهیکی خَاف.
فشاس ی َک َه ٍ ِپای تؼشیف اص ُاستفاد
اگشهیذاىًیشٍییِکتَػػّشهَلکَلاحؼبعهیؿَدهتقبسىٍکشٍی،ًجبؿذفـبسدس
ساػتبّبیهختلفهقذاسهتفبٍتیخَاّذداؿت.ِساثؽیتٌؾτٍفـبسِثصَستP= -τاػتٍ
ثشداستٌؾِثصَستصیشهیثبؿذ:
𝜏 𝑛𝑚 = lim
𝑠→0
𝑓𝑚
𝑠 𝑛
ی ِثؼت ػؽح ثش ٍاسد ًیشٍی ی ِهحبػج ثشای کلی ی ِهعبدلsجْت دسbاص اػت عجبست:
𝐹𝑏 = 𝜏 𝑎𝑏 𝑛 𝑏 𝑑𝑠
ثشایِهحبػجی𝐹𝑏ثبیذکلًِتکبیهٌتقلُؿذاصػؽحdsدسٍاحذصهبىِهحبػجؿَدِک
داسایٍدػْنُعوذاػت:
ػْناًشطیجٌجـیرسات
ًیشٍّبیثیيػیبل-ػیبل 24
25. Confined Fluid: Structure, Properties and Phase Behavior by G. ALI
MANSOORI and STUART A. RICE appear in Advances in Chemical
Physics, Volume 156, 2014
Local Pressure of Confined Fluids inside Nanoslit pores (A density
functional theory prediction) By F. Heidari, G. A. Mansoori and E.
Keshavarzi
Behavior of Confined Fluids in Nanoslit pores: The Normal Pressure
Tensor By Tahmineh (Ezzat) Keshavarzi, Farideh Sedaghat ,G. Ali
Mansoori appear in Springer Microfluid Nanofluid (2010) 8:97–104
An Analytic Model for Nano Confined Fluids Phase-Transition:
Applications for Confined Fluids in Nanotube and Nanoslit By
Tahmineh (Ezzat) Keshavarzi, Rezvan Sohrabi and G. Ali Mansoori
appear in Computational and Theoretical Nanoscience Vol.3, 1–8, 2006
Effect of pressure on the phase behavior and structure of water
confined between nanoscale hydrophobic and hydrophilic plates By
Nicolas Giovambattista, Peter J. Rossky and Pablo G. Debenedetti
appear in Physical Review 73, 041604 2006 25
References
26. NANOPOROUS MATERIALS – AN OVERVIEW By G.Q.LU and
X. S. ZHAO
فاسسی هٌابغ
آبهحبَسُشذدسابؼادًًَا
هحؼي،صبدقیداًـجَیدکتشیُپظٍّـکذیعلَمٍفٌبٍسیًًَب-ُداًـگبصٌعتیؿشیف
غالهعجبع،پبسػبفشاػتبدُداًـکذؿیوی-ُداًـگبصٌعتیؿشیف
ِهبٌّبهفٌبٍسیًًَب–ػبل،دٍاصدّنآرس92،ُؿوبس9
کتابتشهَدیٌاهیک،آهاسیدکتشغالهعجبعپبسػبفش
کتابتشهَدیٌاهیکآهاسیسیاالتهاکشٍسکَپیٍهحذٍدُشذدسفضایًًَا،دکتش
عضتکـبٍسصی
پایاىًِاهیسٍیکشدّایهختلفدسبشسسیسیستنّایًًَا،هحوذعلیًؼیوی
پایاىًِاهیِاسائیِ هؼادت حابشایسیاالتهحذٍدُشذدسفضایًًَا،سظَاى
ػْشاثی
ػیؼتنجبهعآهَصؽًًَب
26