Prijelazi tvari iz jedne faze u drugu kada se stanje sistema promijeni nazivaju se fazne transformacije. Faza - skup tjelesnih objekata koji imaju određenu hemijski sastav i termodinamička svojstva, odvojena od ostalih faza interfejsom. Ili drugim riječima: faza je homogeni dio nehomogenog sistema, koji se može odvojiti od sistema na bilo koji mehanički način. U pravilu postoji jedna gasna faza (sa izuzetkom rijetkih slučajeva raslojavanja plinskih mješavina pri vrlo visokim pritiscima). Broj tekućih, a posebno čvrstih faza može biti prilično velik.

Glavna karakteristika faznih transformacija je temperatura na kojoj su faze u stanju termodinamičke ravnoteže, tačka faznog prelaza. Godine 1933., P. Ehrenfest, profesor na Univerzitetu u Leidenu u Holandiji, predložio je klasifikaciju fazni prelazi. Prema ovoj klasifikaciji, za fazne prelaze prve vrste karakteristično je da se u tački faznog prelaza oslobađa ili apsorbuje toplota ($q$) i menja zapremina ($Δv$). Fazni prijelazi prve vrste uključuju, na primjer, transformaciju čvrste tvari u tekućinu (topljenje) i obrnuti proces (kristalizacija), tekućine u paru (isparavanje, ključanje), jednu kristalnu modifikaciju u drugu (polimorfne transformacije), itd. Tokom faznih prelaza Nema toplotnih i volumetrijskih efekata druge vrste, ali se u prelaznoj tački primećuje promena toplotnog kapaciteta, zapreminskog koeficijenta toplotnog širenja i kompresibilnosti. Fazni prijelazi druge vrste uključuju, na primjer, prijelaz normalnog vodiča u supravodljivo stanje (vidi Superprovodljivost), helijuma I u superfluidni helijum II (vidi Superfluidnost), feromagneta u paramagnet (vidi Magnetizam), itd.

Stanje fazne ravnoteže karakteriše određeni odnos između temperature fazne transformacije i pritiska. Dakle, tačka topljenja ili ključanja zavisi od spoljašnjeg pritiska i pritiska zasićena para ima određenu vrijednost na datoj temperaturi. Numerički, ova zavisnost za fazne prelaze prve vrste data je Clausius-Clapeyron-ovom jednačinom, prema kojoj $Δp/ΔT=q/TΔv.$ >0$), tada temperatura topljenja, po pravilu, raste sa porastom pritisak. Izuzetak su slučajevi kada se zapremina povećava tokom skrućivanja (bizmut, galijum, voda, liveno gvožđe). Efekat je obično mali, reda veličine $((10)^(−2))$ K/atm. Pritisak zasićene pare uvek raste sa temperaturom.

Fazna ravnoteža je prikladno prikazana pomoću dijagrama. Za najjednostavniji jednokomponentni sistem koji se sastoji od jedne supstance, kao što je voda, takav dijagram je prikazan na Sl. 1. Ispod linija $OA$ i $OC$, tj niske pritiske i visoke temperature, postoji područje koje odgovara stabilnosti pare, između linija $OB$ i $OC$ - tekućina i između linija $OA$ i $OB$ - čvrsti led. Unutar svakog od ovih regiona, dva parametra se mogu proizvoljno i nezavisno menjati - temperatura $T$ i pritisak $p$, pri čemu ostaju u oblasti stabilnosti jedne od faza.

Stanja sistema opisana linijama $OA,$ $OB$ i $OC,$ odgovaraju ravnoteži između dvije faze, na primjer $OC$ - ravnoteži između vode i pare.

U tački preseka sve tri krive, takozvanoj trostrukoj tački, tri faze (led, voda, para) su u ravnoteži. U trostrukoj tački, temperatura i pritisak su striktno specificirani (na primjer, $0,0078°C$ i $4,579$ mmHg za vodu).

Isprekidana linija $OE$ na sl. 1, koja je nastavak linije $OC$, pokazuje zavisnost pritiska pare prehlađene vode od temperature. Očigledno je uvijek veći od tlaka pare leda. Takva faza je nestabilna (metastabilna) u prisustvu stabilnije faze. Mogućnost postojanja metastabilnih faza (pregrijavanje i prehlađenje) je karakteristična karakteristika faznih prelaza prvog reda. Pregrijavanje i prehlađenje povezani su s potrebom da se energija troši na stvaranje jezgri nove faze (kristali leda, kapljice tekućine, mjehurići pare). Ako morate pribjeći raznim trikovima kako biste paru i tekućinu prebacili u drugu fazu (na primjer, mjehurići pare se lako formiraju na česticama prašine, onda pregrijana voda mora biti izuzetno čist), tada je za kristale mogućnost dugog, stabilnog postojanja u nestabilnim fazama gotovo pravilo. Dakle, dijamant je prilično stabilan, koji na sobnoj temperaturi i atmosferski pritisak trebao bi biti grafit. Bijeli kalaj bi se trebao pretvoriti u sivi kalajni prah (kalajna kuga) na 18°C.$ Međutim, poznato je da lako podnosi prehlađenje od 20$ – 30$. Pa ipak, u oštroj zimi dolazi do transformacije kalaja. Nepoznavanje ovoga bio je jedan od razloga smrti ekspedicije R. Scotta Južni pol 1912. Zalihe tečnog goriva ekspedicije bile su u posudama zapečaćenim limom. Na velikoj hladnoći posude su se otvorile, a gorivo je iscurilo.

Na interfejsu koji odvaja jednu fazu od druge, svojstva se obično naglo menjaju. Na primjer, gustina vodene pare je mnogo manja od gustine vode. Ali ako se temperatura poveća, oni se približavaju jedni drugima (slika 2) i postaju jednaki na nekoj kritičnoj temperaturi. Kritična temperatura je temperatura na kojoj je razlika u fizička svojstva ah između tečnosti i zasićena para. Odgovarajući pritisak naziva se kritični pritisak. Na temperaturama ispod kritične, postoje dva lako prepoznatljiva stanja vode - tečnost para. Na temperaturama iznad kritične, tvar je u homogenom stanju pare. Ako se volumen koji zauzima ova para smanji, tada se tlak povećava, ali para se ne pretvara u tekućinu. Dva stanja sa oštrom granicom ne mogu se dobiti ni pri jednom pritisku (kao što se dešava ispod kritične temperature zbog kondenzacije pare). Stoga, tako dugo M. Faraday nije uspio kondenzirati kisik i vodonik povećanjem tlaka; morali su da se ohlade ispod kritične temperature.

Svaka supstanca ima svoju kritičnu temperaturu i pritisak. Na primer, za živu je 1730°C$ i oko 1640$ atm, za vodu - 374°C$ i 218,4$ atm, za ugljen-dioksid - 31°C$ i 73$ atm, za kiseonik - $−118°C $ i $50$ atm, vodonik - $−240°C$ i $12,8$ atm, helijum - $268°C$ i $2,26$ atm. Specifična toplota isparavanje opada s povećanjem temperature i jednako je nuli na kritičnoj temperaturi.

Temperatura faznog prijelaza drugog reda također zavisi od pritiska. Ali, kao što je već spomenuto, toplinski i volumni efekti su jednaki nuli, a ova ovisnost je određena promjenom toplinskog kapaciteta, koeficijenta ekspanzije i kompresije u tački faznog prijelaza.

Fazni prijelazi druge vrste povezani su s promjenom redoslijeda. Ovo se može razumjeti na primjeru faznog prijelaza u beta mesingu, leguri bakra i cinka. Atomi bakra prikazani na sl. 3 svijetla kruga nalaze se na vrhovima kocke, atomi cinka (tamni krugovi) su u centru (ili obrnuto). U savršenom redu, svaki atom bakra ima samo atome cinka kao najbliže susjede. Ali kako temperatura raste, povećava se vjerovatnoća da će atom zauzeti "strano" mjesto. Sve dok su ove vjerovatnoće ($((w)_(1))$ - vjerovatnoća zauzimanja "vlastite" lokacije i $((w)_(2))$ - "vanzemaljac") različite (atomi su više "sjede" u "svojim" "čvorovima"), čvorovi su neekvivalentni, a simetrija (dvije kubične rešetke umetnute jedna u drugu, pomaknute za pola dijagonale volumena) se ne mijenja. Ovo je uređena faza niske temperature. Međutim, na nekoj temperaturi, većoj od ili jednaka temperaturi fazni prelaz ($((T)_(c))$ - Curie tačka, nazvana po francuskom fizičaru P. Curieu, koji je otkrio, posebno, 1895. postojanje temperature $((T)_(c) )=770 °C$, iznad kojeg nestaju feromagnetna svojstva gvožđa), postaje $((w)_(1))=((w)_(2))$. Sada su svi čvorovi ekvivalentni, a simetrija je povećana: beta mesing ima kockastu rešetku usredsređenu na telo. Pojavila se visokotemperaturna neuređena faza sa novom, višom simetrijom (slika 4).

Možete unijeti stepen reda $\eta =(((w)_(1))-((w)_(2))):(((w)_(1))+((w)_( 2)) ).$ U potpuno uređenom stanju, na temperaturi apsolutne nule, $((w)_(1))=1,$ $(w)_(1))=0$ (svi atomi "sjede" u "njihovim" čvorovima) i η = 1, dok je u potpuno neuređenom ($T≥((T)_(c))$)$\quad((w)_(1))=((w)_( 2))=1 /2$ (svi čvorovi su isti) i $η=0.$ Za bilo koji proizvoljno mali $η>0$, simetrija je ista kao kod potpuno uređene faze. Drugi fazni prijelazi drugog reda se objašnjavaju na sličan način. Dakle, željezo ispod $((T)_(c))$ ima feromagnetna svojstva, a iznad - paramagnetna (vidi Magnetizam). Nestanak feromagnetizma pri zagrijavanju povezan je s promjenom reda u rasporedu magnetnih momenata - spinova.

Blizu $((T)_(c))$, stepen reda je proizvoljno blizu nule. Stoga, fazni prijelaz drugog reda ne zahtijeva utrošak energije: toplinski i volumenski efekti su nula. Ovo također objašnjava zašto neuređena legura ne može biti prehlađena do uređenog stanja.

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 najnižeg dostigli temperature (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 tečnog 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 krivulje prve vrste F. p. karakteristično je za prvoklasni F. P. (na primjer, tekućina se može zagrijati na temperaturu iznad tačke ključanja ili prehlađena ispod tačke smrzavanja) . 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 makroskopske inkluzije (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, antiferomagnetsko 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 prilikom promjene spoljni uslovi (T, R, magnetna i električna polja itd.); u užem smislu - skokovita promjena fizičkih svojstava 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

Fazni prelazi

FAZNI PRIJELAZI ( fazne transformacije), prijelazi tvari iz jedne faze u drugu, koji se javljaju s promjenom temperature, tlaka ili pod utjecajem bilo kojih drugih vanjskih faktora (na primjer, magnetskih 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 ostvaruju se kao u tranziciji sistema iz jednog stanje agregacije u drugo, i unutar jednog stanja agregacije (za razliku od faza tranzicije sekunda vrsta koji se javljaju unutar jednog stanja agregacije).

Primjeri faznih prijelaza prvog reda

tokom tranzicije sistema iz jednog stanja agregacije 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 se razmatraju fazni prijelazi s promjenom temperature, ali pri konstantnom pritisku (obično jednak 1 atmosferi). Zato se često koriste termini „tačka“ (a ne linija) faznog prelaza, tačka topljenja i sl. Naravno, fazni prelaz može da se desi i sa promenom 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 mijenjaju: specifična zapremina, količina pohranjene unutrašnje energije, koncentracija komponenti, itd. Naglašavamo: mislimo na naglu promjenu ovih količina sa promjenama 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 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 koji se mijenja od nule (u prijelaznoj tački) na vrijednosti koje nisu 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

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 apsolutne nule, gdje se klasična fazna tranzicija ne može ostvariti 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, 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. Kako se fazni prijelaz ne bi zaustavio, potrebno je kontinuirano odvoditi (ili dopremati) ovu toplinu, odnosno kompenzirati je izvođenjem radova 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.