Razmotrili smo prelaze iz tečnog i gasovitom stanju u čvrstu, odnosno kristalizaciju, i obrnuti prijelazi - topljenje i sublimacija. Ranije u gl. VII upoznali smo se sa prelaskom tečnosti u paru - isparavanjem i obrnutim prelazom - kondenzacijom. Sa svim ovim faznim prijelazima (transformacijama), tijelo ili oslobađa ili apsorbira energiju u obliku latentna toplota odgovarajući prelaz (toplota fuzije, toplota isparavanja, itd.).

Fazni prijelazi koji su praćeni skokom energije ili drugih količina povezanih s energijom, kao što je gustoća, nazivaju se faznim prijelazima prvog reda.

Za fazni prelazi Prvu vrstu karakteriše nagla, tj. koja se dešava u veoma uskom temperaturnom opsegu, promena svojstava supstanci. Stoga se može govoriti o određenoj prijelaznoj temperaturi ili prijelaznoj tački: tačka ključanja, tačka topljenja i

Temperature faznih prijelaza zavise od vanjskog parametra - tlaka na datoj temperaturi, ravnoteža faza između kojih dolazi do prijelaza je uspostavljena na dobro definiranom pritisku. Linija fazne ravnoteže opisuje nam poznata Clausius-Clapeyron jednačina:

gdje je molarna toplina prijelaza, i molarni volumeni obje faze.

Tokom faznih prelaza prvog reda, nova faza se ne pojavljuje odmah u celom volumenu. Prvo se formiraju jezgre nove faze, koje potom rastu, šireći se po cijelom volumenu.

Sa procesom formiranja jezgara susreli smo se kada smo razmatrali proces kondenzacije tekućine. Kondenzacija zahtijeva postojanje kondenzacijskih centara (nukleusa) u obliku zrna prašine, jona, itd. Na isti način, očvršćavanje tekućine zahtijeva centre kristalizacije. U nedostatku takvih centara, para ili tečnost mogu biti u prehlađenom stanju. Moguće je, na primjer, dugo vremena promatrati čistu vodu na temperaturi

Postoje, međutim, fazni prijelazi u kojima se transformacija događa odmah u cijelom volumenu kao rezultat kontinuirane promjene kristalne rešetke, tj. relativnu pozicijučestice u rešetki. To može dovesti do činjenice da se na određenoj temperaturi mijenja simetrija rešetke, na primjer, rešetka sa niskom simetrijom prelazi na rešetku sa višom simetrijom. Ova temperatura će biti tačka faznog prelaza, koji se u ovom slučaju naziva fazni prelaz drugog reda. Temperatura na kojoj se javlja fazni prijelaz drugog reda naziva se Curiejeva tačka, po Pierre Curieu, koji je otkrio fazni prijelaz drugog reda u feromagnetima.

Sa takvom kontinuiranom promjenom stanja u prijelaznoj tački neće doći do ravnoteže dvije različite faze, jer je prijelaz nastupio odmah u cijelom volumenu. Dakle, nema skoka unutrašnje energije II u prelaznoj tački. Prema tome, takav prijelaz nije praćen oslobađanjem ili apsorpcijom latentne topline prijelaza. Ali budući da je na temperaturama iznad i ispod prelazne tačke, supstanca u različitim kristalnim modifikacijama, oni imaju različite toplotne kapacitete. To znači da se u tački faznog prijelaza toplotni kapacitet naglo mijenja, tj. derivat unutrašnje energije u odnosu na temperaturu

Koeficijent volumetrijske ekspanzije također se naglo mijenja, iako se sam volumen u prijelaznoj tački ne mijenja.

Poznati su fazni prelazi druge vrste, kod kojih kontinuirana promjena stanja ne znači promjenu kristalna struktura, ali pri čemu se stanje također mijenja istovremeno u cijelom volumenu. Najpoznatiji prijelazi ovog tipa su prijelaz tvari iz feromagnetnog stanja u ne-feromagnetno stanje, koji se događa na temperaturi koja se naziva Curiejeva tačka; prijelaz nekih metala iz normalnog u supravodljivo stanje, u kojem je električni otpor. U oba slučaja ne dolazi do promjene strukture kristala na prijelaznoj tački, ali se u oba slučaja stanje mijenja kontinuirano i istovremeno kroz cijeli volumen. Prijelaz druge vrste je i prijelaz tekućeg helijuma iz stanja He I u stanje He II. U svim ovim slučajevima uočava se skok toplotnog kapaciteta na prelaznoj tački. (U vezi s tim, temperatura faznog prelaza drugog reda ima drugo ime: naziva se -tačka, prema prirodi krivulje promjene toplotnog kapaciteta u ovoj tački; ​​to je već spomenuto u § 118. , u tekstu o tečnom helijumu.)

Hajde da sada malo detaljnije analiziramo kako dolazi do faznih prelaza. Fluktuacije igraju glavnu ulogu u faznim transformacijama fizičke veličine. Već smo se sreli s njima kada smo raspravljali o pitanju uzroka braunovsko kretanječvrste čestice suspendovane u tečnosti (§ .7).

Fluktuacije - slučajne promjene u energiji, gustoći i drugim veličinama koje su povezane s njima - uvijek postoje. Ali daleko od tačke faznog prelaza, pojavljuju se u vrlo malim količinama i odmah se ponovo rastvaraju. Kada su temperatura i tlak u tvari blizu kritičnih, tada u volumenu pokrivenom fluktuacijom postaje moguća pojava nove faze. Čitava razlika između faznih prelaza prvog i drugog reda leži u činjenici da se fluktuacije u blizini prelazne tačke razvijaju različito.

Gore je već rečeno da u tranziciji prvog reda nastaje nova faza u obliku jezgara unutar stare faze. Razlog njihovog pojavljivanja su nasumične fluktuacije u energiji i gustoći. Kako se prijelaznoj tački približava, sve češće se javljaju fluktuacije koje vode u novu fazu, i iako svaka fluktuacija pokriva vrlo mali volumen, zajedno mogu dovesti do pojave makroskopskog jezgra nove faze ako postoji centar kondenzacije. na mestu njihovog formiranja.

U slučaju tranzicije druge vrste, situacija je mnogo komplikovanija. Budući da se nova faza pojavljuje odjednom u cijelom volumenu, obične mikroskopske fluktuacije same po sebi ne mogu dovesti do faznog prijelaza. Njihov karakter se značajno menja. Kako se kritična temperatura približava, fluktuacije koje "pripremaju" prijelaz u novu fazu pokrivaju sve veći dio tvari i, konačno, na prijelaznoj tački postaju beskonačne,

tj. javljaju se svuda. Ispod prelazne tačke, kada je već uspostavljena nova faza, oni ponovo počinju da propadaju i postepeno ponovo postaju kratkog dometa i kratkog veka.

Fazni prijelaz druge vrste uvijek je povezan s promjenom simetrije sistema; u novoj fazi ili nastaje red koji nije bio u prvobitnom (npr. magnetni momenti pojedinih čestica su poređani pri prijelazu u feromagnetno stanje), ili se već postojeći poredak mijenja (tokom prijelaza s promjenom kristalne strukture).

Ovaj novi poredak je takođe sadržan u fluktuacijama blizu tačke faznog prelaza.

Jasno objašnjenje opisanog mehanizma tranzicije je dobro poznati „efekat buljeće gomile“ (Sl. 185). Zamislimo prolaznike kako hodaju trotoarom i gledaju u najsumičnijim smjerovima. Ovo je "normalno" stanje ulične gužve, u kojoj nema reda. Neka sada neko od prolaznika bez ikakvog razloga zuri u prazan prozor na drugom spratu („slučajna fluktuacija“). Postepeno sve više ljudi počinje da gleda kroz isti prozor, i na kraju su sve oči uperene u jednu tačku. Pojavila se "uredna" faza, iako ih nema spoljne sile doprinosi uspostavljanju reda - ništa se ne dešava ispred prozora na drugom spratu

Fazni prijelazi druge vrste su vrlo složena i zanimljiva pojava. Procesi koji se dešavaju u neposrednoj blizini prelazne tačke još uvek nisu u potpunosti istraženi, a potpuna slika ponašanja fizičkih veličina u uslovima beskonačnih fluktuacija još uvek se stvara.

Prelazak materije iz jednog stanja u drugo vrlo je česta pojava u prirodi. Prokuhavanje vode u kotliću, zamrzavanje rijeka zimi, topljenje metala, ukapljivanje plinova, demagnetizacija ferita pri zagrijavanju itd. odnose se upravo na takve pojave, zvane fazni prijelazi. Fazni prijelazi se otkrivaju oštrom promjenom svojstava i karakteristika (anomalija) karakteristika tvari u vrijeme faznog prijelaza: oslobađanjem ili apsorpcijom latentne topline; skok zapremine ili skok toplotnog kapaciteta i koeficijenta toplotnog širenja; promjena električnog otpora; pojava magnetnih, feroelektričnih, piezomagnetskih svojstava, promjena u dijagramu difrakcije rendgenskih zraka itd. Koja je od faza tvari stabilna pod određenim uvjetima određuje se jednim od termodinamičkih potencijala. Pri datoj temperaturi i volumenu u termostatu, ovo je Helmholtzova slobodna energija, pri datoj temperaturi i pritisku, Gibbsov potencijal.

Da vas podsjetim da je Helmholtzov potencijal F (slobodna energija) razlika između unutrašnje energije supstance E i njene entropije S, pomnožene sa apsolutna temperatura T:

I energija i entropija u (1) su funkcije spoljni uslovi(pritisak p i temperatura T), a faza, koja se realizuje pod određenim spoljnim uslovima, ima najmanji Gibsov potencijal od svih mogućih faza. U smislu termodinamike, ovo je princip. Kada se vanjski uvjeti promijene, može se ispostaviti da je slobodna energija druge faze postala manja. Promena spoljašnjih uslova se uvek dešava kontinuirano, pa se stoga može opisati nekom zavisnošću zapremine sistema od temperature. Uzimajući u obzir ovo slaganje u vrijednostima T i V, možemo reći da se promjena fazne stabilnosti i prijelaz tvari iz jedne faze u drugu dešavaju na određenoj temperaturi duž termodinamičkog puta, a vrijednosti za obje faze su funkcije temperature blizu ove tačke Razmotrimo detaljnije kako dolazi do promjene znaka. Blizu zavisnost za jedan i za drugu fazu može se aproksimirati nekim polinomima koji zavise od:

Razlika između slobodnih energija dvije faze ima oblik

Sve dok je razlika dovoljno mala, možemo se ograničiti samo na prvi član i reći da ako je , tada je faza I stabilna na niskim temperaturama, na visoke temperature- faza II. U samoj tački prijelaza, prvi izvod slobodne energije u odnosu na temperaturu prirodno doživljava skok: na , i na . Kao što znamo, u stvari postoji entropija stvari. Posljedično, tokom faznog prijelaza, entropija doživljava skok, određujući latentnu toplinu prijelaza, budući da . Opisani prijelazi nazivaju se prijelazima prve vrste i nadaleko su poznati i proučavani u školi. Svi znamo za latentnu toplinu isparavanja ili topljenja. To je ono što je .

Opisujući prijelaz u okviru navedenih termodinamičkih razmatranja, nismo uzeli u obzir samo jednu, na prvi pogled, malo vjerovatnu mogućnost: može se desiti da su jednake ne samo slobodne energije, već i njihovi derivati ​​u odnosu na temperaturu, tj. Iz (2) proizlazi da takvu temperaturu, barem sa stanovišta ravnotežnih svojstava supstance, ne treba izdvajati. Zaista, u i u prvoj aproksimaciji u odnosu na imamo

i, barem u ovom trenutku, ne bi trebalo doći do fazne tranzicije: Gibbsov potencijal, koji je bio manji na , također će biti manji na .

U prirodi, naravno, nije sve tako jednostavno. Ponekad postoje duboki razlozi da se te dvije jednakosti drže u isto vrijeme. Štaviše, faza I postaje apsolutno nestabilna u odnosu na proizvoljno male fluktuacije unutrašnjih stepena slobode pri , a faza II - na . U ovom slučaju nastaju oni prijelazi koji se, prema poznatoj Ehrenfestovoj klasifikaciji, nazivaju prijelazima druge vrste. Ovo ime je zbog činjenice da tokom prelaza drugog reda samo druga derivacija Gibbsovog potencijala u odnosu na temperaturne skokove. Kao što znamo, drugi derivat slobodne energije u odnosu na temperaturu određuje toplinski kapacitet tvari

Dakle, tokom prijelaza druge vrste treba uočiti skok toplinskog kapaciteta tvari, ali ne bi trebalo biti latentne topline. Budući da je pri , faza II apsolutno nestabilna u odnosu na male fluktuacije, a isto vrijedi i za fazu I na , pri prijelazama drugog reda ne bi trebalo primijetiti ni pregrijavanje ni prehlađenje, odnosno ne postoji temperaturna histereza tačke faznog prijelaza. Postoje i druge izvanredne karakteristike koje karakterišu ove tranzicije.

Koji su osnovni uzroci termodinamički neophodnih uslova za prelaz drugog reda? Činjenica je da ista supstanca postoji i na i na. Interakcije između elemenata koji ga čine ne mijenjaju se naglo, to je fizička priroda čega termodinamički potencijali jer obje faze ne mogu biti potpuno nezavisne. Kako nastaje odnos između i , i itd. može se pratiti na jednostavnim modelima faznih prijelaza izračunavanjem termodinamičkih potencijala pod različitim vanjskim uvjetima korištenjem metoda statističke mehanike. Najlakše je izračunati slobodna energija.

WIKIPEDIJA

Fazni prelaz(fazna transformacija) u termodinamici - prijelaz tvari iz jedne termodinamičke faze u drugu pri promjeni vanjskih uvjeta. Sa stanovišta kretanja sistema duž faznog dijagrama sa promjenom njegovih intenzivnih parametara (temperatura, pritisak, itd.), fazni prijelaz nastaje kada sistem pređe liniju koja razdvaja dvije faze. Budući da su različite termodinamičke faze opisane različitim jednačinama stanja, uvijek je moguće pronaći količinu koja se naglo mijenja tokom faznog prijelaza.

Budući da je podjela na termodinamičke faze finija klasifikacija stanja od podjele na agregatna stanja materije, nije svaki fazni prijelaz praćen promjenom stanje agregacije. Međutim, svaka promjena u agregacijskom stanju je fazni prijelaz.

Najčešće razmatrani fazni prijelazi su oni sa promjenom temperature, ali sa konstantan pritisak(obično jednak 1 atmosferi). Zato se često koriste termini „tačka“ (a ne linija) faznog prelaza, tačka topljenja itd. Naravno, fazni prelaz može da se desi i sa promjenom pritiska i pri konstantnoj temperaturi i pritisku, ali i s promjenom koncentracije komponenti (na primjer, pojava kristala soli u otopini koja je dostigla zasićenje).

At fazni prelaz prvog reda najvažniji, primarni ekstenzivni parametri se naglo menjaju: specifična zapremina, količina uskladištene unutrašnje energije, koncentracija komponenti itd. Naglasimo: mislimo na naglu promenu ovih količina sa promenom temperature, pritiska itd., a ne nagla promjena vremena (za ovo drugo, pogledajte odjeljak ispod Dinamika faznih prelaza).

Najčešći primjeri fazni prelazi prve vrste:

topljenje i kristalizacija

isparavanje i kondenzacija

sublimacija i desublimacija

At fazni prelaz druge vrste gustina i unutrašnja energija ne menjaj, dakle golim okom takva fazna tranzicija možda neće biti primjetna. Skok doživljavaju njihovi derivati ​​u odnosu na temperaturu i pritisak: toplotni kapacitet, koeficijent toplotnog širenja, različite osetljivosti itd.

Fazni prijelazi druge vrste nastaju u onim slučajevima kada se mijenja simetrija strukture materije (simetrija može potpuno nestati ili se smanjiti). Opis faznog prelaza drugog reda kao posledice promene simetrije dat je Landauovom teorijom. Trenutno je uobičajeno govoriti ne o promjeni simetrije, već o izgledu na prijelaznoj tački parametar naloga, jednak nuli u manje uređenoj fazi i mijenjajući se od nule (u prijelaznoj tački) na vrijednosti različite od nule u uređenijoj fazi.

Najčešći primjeri faznih prijelaza drugog reda su:

prolazak sistema kroz kritičnu tačku

prelaz paramagnet-feromagnet ili paramagnet-antiferomagnet (parametar reda - magnetizacija)

prelazak metala i legura u stanje supravodljivosti (parametar reda je gustina supravodljivog kondenzata)

prelazak tekućeg helijuma u superfluidno stanje (pp - gustina superfluidne komponente)

prelazak amorfnih materijala u staklasto stanje

Moderna fizika takođe istražuje sisteme koji imaju fazne prelaze trećeg ili višeg reda.

Nedavno široku upotrebu dobio koncept kvantne fazne tranzicije, tj. fazni prijelaz kontroliran ne klasičnim termičkim fluktuacijama, već kvantnim, koje postoje čak i pri apsolutnim nultim temperaturama, gdje se klasični fazni prijelaz ne može realizirati zbog Nernstove teoreme.

©2015-2017 site
Sva prava pripadaju njihovim autorima. Ova stranica ne tvrdi autorstvo, ali omogućava besplatno korištenje.

Fazni prelazi

FAZNI PRIJELAZI (fazne transformacije), prijelazi tvari iz jedne faze u drugu, nastaju pri temperaturi, pritisku ili pod utjecajem bilo kojih drugih vanjskih faktora (na primjer, magnetnih ili električnih polja). Fazni prijelazi, praćeni skokovitom promjenom gustoće i entropije materije, nazivaju se faznim prijelazima 1. vrste; To uključuje isparavanje topljenje, kondenzacije, kristalizacija. U toku takvih faznih prelaza, toplota fazni prelazi. Fazni prijelazi 2. vrste gustina a entropija materije se kontinuirano mijenja u prijelaznoj tački, atermalni kapacitet, kompresibilnost i druge slične veličine doživljavaju skok. To se po pravilu mijenja i, shodno tome, simetrija faza (na primjer, magnetna tokom faznih prijelaza iz paramagnetnog u feromagnetno stanje u Kirijevoj tački).

Fazatranzicijeprvovrsta faza tranzicije, za koje se prvi izvodi naglo mijenjaju termodinamički potencijali on intenzivnih parametara sistema (temperatura ili pritisak). Tranzicije prve vrste se ostvaruju kako prilikom prelaska sistema iz jednog agregacionog stanja u drugo, tako i u granicama jednog agregacionog stanja (za razliku od faza tranzicije sekunda vrsta koji se javljaju unutar jednog agregacijskog stanja).

Primjeri faznih prijelaza prvog reda

tokom tranzicije sistema iz jednog agregatnog stanja u drugo: kristalizacija(prelazak tekuće faze u čvrstu), topljenje(prelazak čvrste faze u tečnu), kondenzacije(prelazak gasovite faze u čvrstu ili tečnu), sublimacija(prelazak čvrste faze u gasovitu), eutektički, peritektičke imonotektičke transformacije.

unutar jednog agregatnog stanja: eutektičke, peritektičke i polimorfne transformacije, razlaganje prezasićenih čvrstih rastvora, razlaganje (stratifikacija) tečnih rastvora, sređivanje čvrstih rastvora.

Ponekad se nazivaju i fazni prijelazi prvog reda martenzitne transformacije(uslovno, budući da se na ulazu martenzitne transformacije ostvaruje prelazak u stabilno, ali neravnotežno stanje - metastabilno stanje).

Fazatranzicijesekundavrsta-faza tranzicije, za koje su prvi derivati termodinamički potencijali pritisak i temperatura se kontinuirano mijenjaju, dok njihovi drugi derivati ​​doživljavaju skok. Iz toga posebno slijedi da energije i zapremina supstance se ne menjaju tokom faznog prelaza drugog reda, već njegova toplotni kapacitet, kompresibilnost, razne podložnosti, itd.

FP (Wiki)

Fazni prelaz(fazna transformacija) u termodinamici - prijelaz tvari iz jedne termodinamičke faze u drugu pri promjeni vanjskih uvjeta. Sa stanovišta kretanja sistema duž faznog dijagrama sa promjenom njegovih intenzivnih parametara (temperatura, pritisak, itd.), fazni prijelaz nastaje kada sistem pređe liniju koja razdvaja dvije faze. Budući da su različite termodinamičke faze opisane različitim jednačinama stanja, uvijek je moguće pronaći količinu koja se naglo mijenja tokom faznog prijelaza.

Budući da je podjela na termodinamičke faze manja klasifikacija stanja od podjele na agregatna stanja tvari, nije svaki fazni prijelaz praćen promjenom agregatnog stanja. Međutim, svaka promjena u agregacijskom stanju je fazni prijelaz.

Najčešće razmatrani fazni prijelazi su oni s promjenom temperature, ali pri konstantnom pritisku (obično jednak 1 atmosferi). Zato se često koriste termini „tačka“ (a ne linija) faznog prelaza, tačka topljenja itd. Naravno, fazni prelaz može da se desi i sa promjenom pritiska i pri konstantnoj temperaturi i pritisku, ali i s promjenom koncentracije komponenti (na primjer, pojava kristala soli u otopini koja je dostigla zasićenje).

Klasifikacija faznih prelaza

At fazni prelaz prvog reda najvažniji, primarni ekstenzivni parametri se naglo menjaju: specifična zapremina, količina uskladištene unutrašnje energije, koncentracija komponenti, itd. Naglašavamo: mislimo na naglu promenu ovih veličina sa promenama temperature, pritiska itd. nije nagla promjena vremena (za ovo drugo, pogledajte odjeljak ispod Dinamika faznih prelaza).

Najčešći primjeri fazni prelazi prve vrste:

topljenje i kristalizacija

isparavanje i kondenzacija

sublimacija i desublimacija

At fazni prelaz druge vrste gustoća i unutrašnja energija se ne mijenjaju, tako da takav fazni prijelaz možda neće biti vidljiv golim okom. Skok doživljavaju njihovi derivati ​​u odnosu na temperaturu i pritisak: toplotni kapacitet, koeficijent toplotnog širenja, različite osetljivosti itd.

Fazni prijelazi druge vrste nastaju u onim slučajevima kada se mijenja simetrija strukture materije (simetrija može potpuno nestati ili se smanjiti). Opis faznog prelaza drugog reda kao posledice promene simetrije dat je Landauovom teorijom. Trenutno je uobičajeno govoriti ne o promjeni simetrije, već o izgledu na prijelaznoj tački parametar naloga, jednak nuli u manje uređenoj fazi i mijenjajući se od nule (u prijelaznoj tački) na vrijednosti različite od nule u uređenijoj fazi.

Najčešći primjeri faznih prijelaza drugog reda su:

prolazak sistema kroz kritičnu tačku

paramagnet-feromagnet ili paramagnet-antiferomagnet prelaz (parametar reda - magnetizacija)

prelazak metala i legura u stanje supravodljivosti (parametar reda je gustina supravodljivog kondenzata)

prelazak tekućeg helijuma u superfluidno stanje (pp - gustina superfluidne komponente)

prelazak amorfnih materijala u staklasto stanje

Postojanje faznih prijelaza više od drugog reda još uvijek nije eksperimentalno potvrđeno.

Nedavno je široko rasprostranjen koncept kvantnog faznog prijelaza, odnosno faznog prijelaza koji se ne kontrolira klasičnim termičkim fluktuacijama, već kvantnim, koje postoje čak i na temperaturama od apsolutne nule, gdje se klasični fazni prijelaz ne može realizirati zbog Nernstova teorema.

Dinamika faznih prelaza

Kao što je gore spomenuto, skok u svojstvima tvari znači skok s promjenom temperature i pritiska. U stvarnosti, kada djelujemo na sistem, mi ne mijenjamo te količine, već njegovu zapreminu i ukupnu unutrašnju energiju. Ova promjena se uvijek događa nekom konačnom brzinom, što znači da nam je potrebno određeno vrijeme, da bismo "pokrili" cijeli jaz u gustoći ili specifičnoj unutrašnjoj energiji. Za to vrijeme fazni prijelaz se ne događa odmah u cijelom volumenu tvari, već postepeno. U ovom slučaju, u slučaju faznog prijelaza prvog reda, oslobađa se (ili oduzima) određena količina energije koja se naziva toplota faznog prelaza. Da se fazni prelaz ne bi zaustavio, potrebno je kontinuirano odvoditi (ili dopremati) ovu toplotu, ili je kompenzovati radom na sistemu.

Kao rezultat toga, tokom ovog vremena, tačka na faznom dijagramu koja opisuje sistem "zamrzava" (to jest, pritisak i temperatura ostaju konstantni) dok se proces ne završi.

Mnoge tvari pod niskim pritiscima kristaliziraju u labavo zbijene strukture. Na primjer, kristalni vodonik se sastoji od molekula smještenih na relativno velikim udaljenostima jedna od druge; Struktura grafita je niz udaljenih slojeva atoma ugljika. Pri dovoljno visokim pritiscima, takve labave strukture odgovaraju velikim vrijednostima Gibbsove energije. Niže vrijednosti F pod ovim uslovima odgovaraju ravnotežnim fazama usko zbijenih. Stoga, kada visoki pritisci grafit prelazi u dijamant, a molekularni kristalni vodonik mora preći u atomski (metal). Kvantne tečnosti 3He i 4He ostaju tečne pri normalnom pritisku do najnižih dostignutih temperatura ( T~ 0,001 K). Razlog tome je slaba interakcija čestica i velika amplituda njihovih oscilacija na temperaturama blizu apsolutne nule (tzv. nulte oscilacije, vidi relaciju nesigurnosti) . Međutim, povećanje pritiska (do 20 atm na T "0 K) dovodi do skrućivanja tekućeg helijuma. Na temperaturama različitim od nule i datim tlaku i temperaturi, ravnotežna faza je i dalje faza sa minimalnom Gibbsovom energijom (minimalnom energijom iz koje nastaje rad sila pritiska i iznos topline prenesene sistemu se oduzimaju).

Postojanje područja metastabilne ravnoteže u blizini krive prve vrste F. p. karakteristično je za prvu vrstu F. p. (na primjer, tekućina se može zagrijati do temperature iznad tačke ključanja ili prehlađena ispod tačke smrzavanja tačka). Metastabilna stanja postoje dosta dugo jer formiranje nove faze sa nižom vrijednošću F (termodinamički povoljnije) počinje pojavom jezgara ove faze. Dobitak u vrijednosti F tokom formiranja jezgra je proporcionalan njegovoj zapremini, a gubitak proporcionalan površini (vrijednosti površinske energije) . Mala jezgra koja su nastala povećavaju F, i stoga će se smanjiti i nestati sa velikom vjerovatnoćom. Međutim, jezgre koje su dostigle određenu kritičnu veličinu rastu i cijela tvar prelazi u novu fazu. Formiranje jezgra kritične veličine je vrlo nevjerovatan proces i javlja se prilično rijetko. Vjerojatnost stvaranja jezgri kritične veličine povećava se ako tvar sadrži strane inkluzije makroskopskih dimenzija (na primjer, čestice prašine u tekućini). Blizu kritične tačke, razlika između ravnotežnih faza i površinske energije opada, jezgra se lako formiraju velike veličine i bizarnog oblika, koji utiče na svojstva materije (vidi Kritične pojave) .

Primeri fenomena faze II su pojava (ispod određene temperature u svakom slučaju) magnetnog momenta u magnetu tokom prelaza paramagnet - feromagnet, antiferomagnetno uređenje tokom prelaza paramagnet - antiferomagnet, pojava supravodljivosti u metalima i legurama, pojava superfluidnosti u 3He i 4He, naručivanje legura, pojava spontane (spontane) polarizacije supstance tokom paraelektrične-feroelektrične tranzicije itd.

Veliki napredak je postignut u teorijskom proračunu kritičnih dimenzija i jednačina stanja koje se dobro slažu sa eksperimentalnim podacima. Približne vrijednosti kritičnih dimenzija date su u tabeli.

Tabela kritičnih dimenzija termodinamičkih i kinetičke veličine

Vrijednost

T - Tk

Toplotni kapacitet

Osjetljivost*

Magnetno polje

Magnetski trenutak

Širina Rayleigh linije

Dimenzija

* Promjena gustine sa pritiskom, magnetizacija sa napetošću magnetsko polje i sl. Tk- kritična temperatura.

Dalji razvoj teorije FP-a druge vrste povezan je sa primjenom metoda kvantne teorije polja, posebno metode renormalizacijske grupe. Ova metoda u principu omogućava pronalaženje kritičnih indeksa sa bilo kojom potrebnom tačnošću.

Podjela F. p. na dvije vrste je donekle proizvoljna, jer Postoje fazni prelazi prve vrste sa malim skokovima toplotnog kapaciteta i drugih veličina i male toplote prelaza sa visoko razvijenim fluktuacijama. Php je kolektivna pojava koja se javlja pri strogo određenim vrijednostima temperature i drugih veličina samo u sistemu koji ima, u granici, proizvoljno veliki broj čestica.

Lit.: Landau L. D., Lifshits E. M., statistička fizika, 2. izd., M., 1964 (Teorijska fizika, vol. 5); Landau L. D., Akhiezer A. I., Lifshits E. M., Kurs opšte fizike. Mehanika i Molekularna fizika, 2. izd., M., 1969; Braut R., Fazni prijelazi, trans. sa engleskog, M., 1967; Fisher M., Priroda kritičnog stanja, trans. sa engleskog, M., 1968; Stanley G., Fazni prijelazi i kritični fenomeni, trans. sa engleskog, M., 1973; Anisimov M. A., Studije kritičnih pojava u tečnostima, "Napredak u fizičkim naukama", 1974, v. 114, c. 2; Patašinski A. Z., Pokrovski V. L., Teorija fluktuacije faznih prelaza, M., 1975; Kvantna teorija polja i fizika faznih prelaza, prev. sa engleskog, M., 1975 (Vijesti fundamentalne fizike, br. 6); Wilson K., Kogut J., Renormalizacijska grupa i e-ekspanzija, prevod, s engleskog, M., 1975 (Vijesti fundamentalne fizike, v. 5).

V. L. Pokrovski.

faza je skup dijelova sistema koji su identični u svim fizičkim, hemijska svojstva i strukturni sastav. Na primjer, postoje čvrste, tečne i plinovite faze (nazivaju se agregatna stanja).

Fazna tranzicija (fazna transformacija), u širem smislu - prijelaz tvari iz jedne faze u drugu s promjenom vanjskih uslova ( T, R, magnetna i električna polja itd.); u užem smislu - postepena promena fizička svojstva uz kontinuiranu promjenu vanjskih parametara. Dalje ćemo razmatrati fazne prelaze u užem smislu.

Postoje fazni prelazi prve i druge vrste. Fazni prijelaz prve vrste je raširena pojava u prirodi. To uključuje: isparavanje i kondenzaciju, topljenje i očvršćavanje, sublimaciju ili sublimaciju (prijelaz tvari iz kristalnog stanja direktno, bez topljenja, u plinovito stanje, na primjer, suhi led) i kondenzaciju u čvrstu fazu, itd. prijelazi prve vrste su praćeni evolucijom ili apsorpcionom toplinom (toplota faznog prijelaza q), dok se gustoća, koncentracija komponenti, molarni volumen itd. naglo mijenjaju.

Fazni prijelaz drugog reda nije praćen oslobađanjem ili apsorpcijom topline, gustina se mijenja kontinuirano, već se naglo mijenja, na primjer molarni toplinski kapacitet, električna provodljivost, viskozitet itd. Primjeri faznih prijelaza drugog reda mogu biti prijelaz magnetske tvari iz feromagnetnog stanja ( m>> 1) do paramagnetne ( m" 1) kada se zagreje na određenu temperaturu, nazvanu Kirijeva tačka; prelazak nekih metala i legura na niskim temperaturama iz normalnog stanja u supravodljivo stanje itd.

Kraj rada -

Ova tema pripada:

Instrumentacija i informatika

Ministarstvo obrazovanja Ruske Federacije ... Moskva državna akademija... Instrumentacija i informatika...

Ako vam je potreban dodatni materijal na ovu temu, ili niste pronašli ono što ste tražili, preporučujemo da koristite pretragu u našoj bazi radova:

Šta ćemo sa primljenim materijalom:

Ako vam se ovaj materijal pokazao korisnim, možete ga spremiti na svoju stranicu na društvenim mrežama:

Sve teme u ovoj sekciji:

Toplotni kapacitet
Specifična toplota tvari - vrijednost jednaka količini topline koja je potrebna za zagrijavanje 1 kg tvari za 1 K:

Izohorni proces
Za njega V=konst. Dijagram ovog procesa (izohora)

izobarni proces
Za njega P=konst. Dijagram ovog procesa (izobara)

Izotermni proces
Za njega T-konst. Na primjer, procesi ključanja, kondenzacije, topljenja i kristalizacije hemijski čistih supstanci nastaju kada konstantna temperatura ako je vanjski pritisak konstantan.

adijabatski proces
Ovo je proces u kojem nema izmjene topline () između sistema i okruženje. K adijabatski

Kružni procesi (ciklusi)
Proces kojim se sistem, nakon što prođe kroz niz stanja, vraća u prvobitno stanje naziva se kružni proces ili ciklus. Na dijagramu procesa ciklus je prikazan kao zatvorena kriva

Carnot ciklus
Godine 1824. francuski fizičar i inženjer N. Carnot (1796-1832) objavio je jedini rad u kojem je teorijski analizirao reverzibilni najekonomičniji ciklus, koji se sastoji od dvije izoterme i d

Entropija
4.10.1. Entropija u termodinamici

Drugi zakon termodinamike (BNT)
Izražavajući univerzalni zakon održanja i transformacije energije, prvi zakon termodinamike (PNT) ne dozvoljava određivanje pravca procesa. Zaista, proces spontanog prenošenja

Sile i potencijalna energija međumolekulskih interakcija
Proučavana 1-2 predavanja idealnih gasova, čiji molekuli imaju zanemarljivo mali unutrašnji volumen i ne interaguju jedni s drugima na udaljenosti. Svojstva realnih gasova pri visokim pritiscima i

Van der Waalsova jednadžba (VdW)
AT naučna literatura postoji više od 150 jednačina stanja realnog gasa koje se međusobno razlikuju. Nijedna od njih nije zaista istinita i univerzalna. Zaustavimo se na jednadžbi

Van der Waalsove izoterme
Za fiksne vrijednosti P i T, jednačina (2) je jednačina trećeg stepena u odnosu na zapreminu gasa V i stoga može imati ili tri realna korijena (V

Fazni dijagrami. trostruki bod
Različite faze iste supstance mogu biti u ravnoteži, u kontaktu jedna s drugom. Takva ravnoteža se opaža samo u ograničenom temperaturnom rasponu i svakoj vrijednosti temperature

Kristalna ćelija. Vrste veza između čestica rešetke
Glavna karakteristika kristala koja ih razlikuje od tekućih i amorfnih čvrste materije, je periodičnost prostornog rasporeda čestica (atoma, molekula ili jona) koje čine krik

Elementi kvantne statistike
Dualizam (dualnost) talasa i čestica jedan je od temeljnih koncepata moderne fizike. Postoje mnoga polja u kristalima koja pokazuju oba ova aspekta - i talas i korpuskula.

Fermioni i bozoni. Fermi-Diracova i Bose-Einsteinova distribucija
Prema modernoj kvantnoj teoriji, sve elementarne i složene čestice, kao i kvazičestice, dijele se u dvije klase - fermione i bozone. Fermioni uključuju elektrone, proto

Koncept degeneracije sistema čestica
Sistem čestica se naziva degenerisanim ako se njegova svojstva razlikuju od svojstava klasičnih sistema zbog kvantnih efekata. Hajde da pronađemo kriterijume degeneracije za čestice. Fermi-Dirac i Bose-Hey distribucije

Koncept kvantne teorije električne provodljivosti metala
Prema kvantnoj teoriji, elektron u metalu nema tačnu putanju; može se predstaviti kao talasni paket sa grupnom brzinom jednakom brzini elektrona. Kvantna teorija uzima u obzir kretanje

Elementi pojasne teorije kristala
Recenzirano prošlog semestra nivoi energije elektron u atomu vodika [vidi. bilješke s predavanja, dio III, formula (11. 14)]. Tamo se pokazalo da su energetske vrijednosti koje mogu i

Podjela kristala na dielektrike, metale i poluvodiče
Svi kristali se dijele na dielektrike, metale i poluvodiče. Razmatranje

Intrinzična provodljivost poluprovodnika
Električna provodljivost hemijski čistog poluprovodnika (na primjer, čisti Ge ili čisti Si

Nečistoće poluprovodnika
9.6.1. Donatorska nečistoća, poluvodiči n-tipa Unošenje nečistoća u poluvodič uvelike utiče na njegov električna svojstva. Razmotrimo, na primjer, šta se dešava ako je u rešetki

P-n spoj
U mnogim oblastima savremena elektronika važnu ulogu igra kontakt dva poluprovodnika sa n- i p-tipovima

Struktura atomskih jezgara
Jezgro je središnji dio atoma, u kojem je gotovo sva masa atoma i njegova pozitivan naboj. Veličina atoma je jedinica angstroma (1A=10-10m), a jezgro je ~10

Defekt mase i nuklearna energija vezivanja
Kada se jezgro formira, njegova masa se smanjuje: masa jezgra Mn manja je od zbira masa njegovih sastavnih nukleona za Dm - defekt nuklearne mase: Dm=Zmp

Nuklearne sile i njihova svojstva
Sastav jezgra, pored neutrona, uključuje i pozitivno nabijene protone i oni bi se trebali međusobno odbijati, tj. jezgro atoma treba da bude uništeno, ali to se ne dešava. Ispostavilo se da na malim

Radioaktivnost
Radioaktivnost je spontana promjena sastava jezgra, koja se javlja tokom vremena mnogo dužeg od karakterističnog nuklearnog vremena (10-22 s). Složili smo se da to razmotrimo

Zakon radioaktivnog raspada
Radioaktivni raspad je statistički fenomen, tako da su sva predviđanja vjerovatnoća. Spontano propadanje veliki broj atomska jezgra poštuju zakon radioaktivnog raspada

Nuklearne reakcije
Nuklearne reakcije se nazivaju procesi transformacije atomska jezgra uzrokovane njihovom međusobnom interakcijom ili s elementarnim česticama. Po pravilu, u nuklearne reakcije uključena dva jezgra

Predavanje 12. Elementarne čestice i savremena fizička slika svijeta
Prilikom uvođenja koncepta elementarne čestice prvobitno se pretpostavljalo da postoje primarne, zatim nedjeljive čestice koje čine svu materiju. Sve do početka 20. vijeka, s

Interkonvertibilnost čestica
karakteristična karakteristika elementarne čestice je njihova sposobnost međusobnih transformacija. Ukupno, zajedno sa antičesticama, otkriveno je više od 350 elementarnih čestica, a njihov broj nastavlja da raste. Veliki

antičestice
U mikrokosmosu, svaka čestica odgovara antičestici. Na primjer, prva antičestica - pozitron (antielektron) otkrivena je 1935. godine, njen naboj je + e. U vakuumu, pozitron je isto tako