相圖(物理名詞)

相圖是指採用的熱力學變數不同構成不同的相圖。材料學工作者最關心的是凝聚態。相圖不能說明平衡過程的動力學，不能判斷體系可能出現的亞穩相。

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。

基本介紹

• 中文名：相圖
• 外文名：phase portrait
• 分類：狹義相圖，廣義相圖
• 作用：表示相平衡系統的組成與參數關係
• 相關學科：物理化學、礦物學和材料科學
• 特點：簡單方便

定義

簡單的相圖如水的圖（見上圖），從中可以很容易地讀出水的三相點、臨界點等信息。圖中的分隔線稱為“兩相平衡線”，所劃出的範圍表示單相區（雙變數系統），兩個變數可以同時在一定範圍內改變而無新相出現。常見的二組分系統相圖有壓力-組成圖、溫度-組成圖、蒸汽壓-液相組成圖、溶解度圖（溫度-組成）、低共熔混合物相圖等。

相圖

相圖

控制理論中的定義

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。

Van der Pol 公式的相圖

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）。

用途

對於多相體系，各相間的相互轉化，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）。

固態不互溶系統的相圖（低共熔混合物）

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。