相圖

相圖

狹義相圖(Phase diagram),也稱相態圖、相平衡狀態圖,是用來表示相平衡系統的組成與一些參數(如溫度、壓力)之間關係的一種圖。它在物理化學、礦物學和材料科學中具有很重要的地位。廣義相圖是在給定條件下體系中各相之間建立平衡後熱力學變數強度變數的軌跡的集合表達,相圖表達的是平衡態,嚴格說是相平衡圖。在控制理論中,相圖(phase portrait)是動態系統在相平面上的狀態軌跡的幾何表達

控制理論中的定義

Van der Pol 公式的相圖Van der Pol 公式的相圖

在控制理論中,相圖(phase portrait)是動態系統在相平面上的狀態

軌跡的幾何表達。右圖是經典非線性系統 Van der Pol 公式的相圖。圖中Van der Pol 振盪器的狀態軌線收斂於一個極限環上。

相圖相圖
相圖相圖

通過研究非線性系統(如鐘擺,倒立擺,隧道二極體等)在平衡點附近的相圖特性,可以判斷系統的穩定性,漸近穩定性等。

相關關鍵字:

鞍點(saddle),焦點(focus),分叉(bifurcation),極限環(limit circle),周期軌道(periodic orbit)。

基本內容

phase diagram

定義

對於多相體系,個相間的相互轉化,新相的形成,舊相的消失與溫度,壓力,組成有關。根據實驗數據給出的表示相變規律的各種幾何圖形稱為相圖。從這種幾何圖形上,可以直觀看出多相體系中各種聚集狀態和它們所處的條件(溫度,壓力,組成)。

金屬及其他工程材料的性能決定於其內部的組織、結構,金屬等材料的組織又由基本的相所組成。由一個相所組成的組織叫單相組織,兩個或兩個以上的相組成的叫兩相或多相組織。

相圖就是用來表示材料相的狀態和溫度及成分關係的綜合圖形,其所表示的相的狀態是平衡狀態。

表達混合材料性質的一種很簡便的方式就是相圖。二元相圖可以看作是標示出兩種材料混合物穩定相區域的一種圖,這些相區域是組成百分比和溫度的函式。相圖也可能依賴於氣壓。

用途:

利用相圖可以分析當體系在外界條件發生變化時體系將要發生的各種變化和限度。可以預知該體系中各鹽的析出順序以及變化規律,以便使我們需要的某種鹽從溶液中結晶析出,其他鹽溶解,從而實現分離。套用相圖原理和方法,在化工生產中,僅採用蒸發、加水、升溫、降溫、冷凍、乾燥、過濾分離或加入某種物質等這些簡單操作中的幾種方式,即可經濟有效的套用於大規模化工產品的生產。通過相圖分析或計算所得到的數據,可以確定某一新化工產品的工藝路線,改進原有的生產工藝,從而使得工藝條件更合理更經濟。

特點:

相圖具有清晰、直觀、形象、完整四個特點。

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