Kalimet e një substance nga një fazë në tjetrën kur gjendja e sistemit ndryshon quhen transformime fazore. Faza - një grup objektesh trupore që kanë një të caktuar përbërje kimike dhe vetitë termodinamike, të ndara nga fazat e tjera nga ndërfaqja. Ose me fjalë të tjera: një fazë është një pjesë homogjene e një sistemi johomogjen, i cili mund të ndahet nga sistemi në çdo mënyrë mekanike. Ekziston, si rregull, një fazë gazi (me përjashtim të rasteve të rralla të shtresimit të përzierjeve të gazit në presione shumë të larta). Numri i fazave të lëngshme dhe veçanërisht të ngurta mund të jetë mjaft i madh.

Karakteristika kryesore e transformimeve fazore është temperatura në të cilën fazat janë në një gjendje ekuilibri termodinamik, pika e tranzicionit fazor. Në 1933, P. Ehrenfest, një profesor në Universitetin e Leiden në Holandë, propozoi një klasifikim të tranzicioneve fazore. Sipas këtij klasifikimi, për kalimet fazore të llojit të parë, është karakteristikë që në pikën e tranzicionit fazor lirohet ose thithet nxehtësia ($q$) dhe vëllimi ndryshon ($Δv$). Tranzicionet fazore të llojit të parë përfshijnë, për shembull, shndërrimin e një trupi të ngurtë në një lëng (shkrirje) dhe procesin e kundërt (kristalizimi), një lëng në avull (avullim, zierje), një modifikim kristalor në një tjetër (transformime polimorfike), etj. Gjatë kalimeve fazore Nuk ka efekte termike dhe vëllimore të llojit të dytë, por në pikën e tranzicionit vërehet një ndryshim në kapacitetin e nxehtësisë, koeficientin vëllimor të zgjerimit termik dhe kompresueshmërinë. Tranzicionet fazore të llojit të dytë përfshijnë, për shembull, kalimin e një përcjellësi normal në një gjendje superpërcjellëse (shih Superpërcjellshmëria), helium I në helium superfluid II (shih Superfluiditeti), një ferromagnet në një paramagnet (shih Magnetizmi), etj.

Gjendja e ekuilibrit fazor karakterizohet nga një marrëdhënie e caktuar midis temperaturës dhe presionit të transformimit fazor. Pra, pika e shkrirjes ose e vlimit varet nga presioni i jashtëm dhe presioni avull i ngopur ka një vlerë të caktuar në një temperaturë të caktuar. Numerikisht, kjo varësi për kalimet fazore të llojit të parë jepet nga ekuacioni Clausius-Clapeyron, sipas të cilit $Δp/ΔT=q/TΔv.$ >0$), atëherë temperatura e shkrirjes, si rregull, rritet me rritjen. presioni. Përjashtim bëjnë rastet kur vëllimi rritet gjatë ngurtësimit (bismut, galium, ujë, gize). Efekti është zakonisht i vogël, në rendin e $((10)^(−2))$ K/atm. Presioni i avullit të ngopur gjithmonë rritet me temperaturën.

Ekuilibri i fazës përshkruhet në mënyrë të përshtatshme duke përdorur diagrame. Për sistemin më të thjeshtë me një përbërës që përbëhet nga një substancë, siç është uji, një diagram i tillë është paraqitur në Fig. 1. Nën rreshtat $OA$ dhe $OC$, d.m.th presione të ulëta dhe temperaturat e larta, ekziston një rajon që korrespondon me qëndrueshmërinë e avullit, midis linjave $OB$ dhe $OC$ - lëng dhe midis linjave $OA$ dhe $OB$ - akull i fortë. Brenda secilit prej këtyre rajoneve, dy parametra mund të ndryshohen në mënyrë arbitrare dhe të pavarur - temperatura $T$ dhe presioni $p$, duke mbetur në rajonin e stabilitetit të njërës prej fazave.

Gjendjet e sistemit të përshkruara nga linjat $OA, $ $OB$ dhe $OC, $ korrespondojnë me ekuilibrin midis dy fazave, për shembull $OC$ - me ekuilibrin midis ujit dhe avullit.

Në pikën e kryqëzimit të të tre kthesave, e ashtuquajtura pika e trefishtë, tre faza (akulli, uji, avulli) janë në ekuilibër. Në pikën e trefishtë, temperatura dhe presioni janë specifikuar rreptësisht (për shembull, $0,0078°C$ dhe $4,579$ mm Hg për ujin).

Vija me pika $OE$ në fig. 1, e cila është një vazhdim i linjës $OC$, tregon varësinë e presionit të avullit të ujit të superftohur nga temperatura. Është e qartë se është gjithmonë më e lartë se presioni i avullit të akullit. Një fazë e tillë është e paqëndrueshme (metastabile) në prani të një faze më të qëndrueshme. Mundësia e ekzistencës së fazave metastabile (mbinxehje dhe superftohje) është një tipar karakteristik i tranzicioneve fazore të rendit të parë. Mbinxehja dhe superftohja shoqërohen me nevojën për të shpenzuar energji për formimin e bërthamave të një faze të re (kristalet e akullit, pikat e lëngshme, flluska avulli). Nëse duhet të përdorni truke të ndryshme për të transferuar avullin dhe lëngun në një fazë tjetër (për shembull, flluskat e avullit formohen lehtësisht në grimcat e pluhurit, atëherë ujë të tejnxehur duhet të jetë jashtëzakonisht i pastër), atëherë për kristalet mundësia e një ekzistence të gjatë dhe të qëndrueshme në faza të paqëndrueshme është pothuajse një rregull. Pra, diamanti është mjaft i qëndrueshëm, i cili në temperaturën e dhomës dhe presioni atmosferik duhet të jetë grafit. Kallaji i bardhë duhet të kthehet në pluhur kallaji gri (murtaja e kallajit) në 18$C.$ Megjithatë, dihet se i reziston lehtësisht superftohjes prej 20$–30$$. E megjithatë, në një dimër të ashpër, ndodh transformimi i kallajit. Injorimi i kësaj ishte një nga arsyet e vdekjes së ekspeditës së R. Scott në Poli i Jugut në vitin 1912. Furnizimet me karburant të lëngshëm të ekspeditës ishin në enë të mbyllura me kallaj. Në të ftohtë të fortë, anijet u hapën dhe karburanti doli jashtë.

Në ndërfaqen që ndan një fazë nga tjetra, vetitë zakonisht ndryshojnë papritur. Për shembull, dendësia e avullit të ujit është shumë më e vogël se dendësia e ujit. Por nëse temperatura rritet, ato afrohen me njëra-tjetrën (Fig. 2) dhe bëhen të barabarta në një temperaturë kritike. Temperatura kritike është temperatura në të cilën diferenca në vetitë fizike ah midis lëngut dhe avull i ngopur. Presioni përkatës quhet presion kritik. Në temperatura nën kritike, ekzistojnë dy gjendje lehtësisht të dallueshme të ujit - një lëng avulli. Në temperatura mbi kritike, substanca është në një gjendje avulli homogjene. Nëse vëllimi i zënë nga ky avull zvogëlohet, atëherë presioni rritet, por avulli nuk kthehet në lëng. Dy gjendje me një kufi të mprehtë nuk mund të përftohen në asnjë presion (siç ndodh nën temperaturën kritike për shkak të kondensimit të avullit). Prandaj, për kaq shumë kohë M. Faraday nuk arriti të kondensojë oksigjenin dhe hidrogjenin duke rritur presionin; ato duhej të ftoheshin nën një temperaturë kritike.

Çdo substancë ka temperaturën dhe presionin e vet kritik. Për shembull, për merkurin është 1730$ C$ dhe rreth 1640$ atm, për ujin - 374°C$ dhe 218,4$ atm, për dioksidin e karbonit - 31°C$ dhe 73$ atm, për oksigjenin -118$C $ dhe $50$ atm, hidrogjen - $−240°C$ dhe $12,8$ atm, helium - $268°C$ dhe $2,26$ atm. Nxehtësia specifike avullimi zvogëlohet me rritjen e temperaturës dhe është i barabartë me zero në temperaturën kritike.

Temperatura e kalimit të fazës së rendit të dytë varet gjithashtu nga presioni. Por, siç është përmendur tashmë, efektet termike dhe vëllimore janë të barabarta me zero, dhe kjo varësi përcaktohet nga ndryshimi në kapacitetin e nxehtësisë, koeficientin e zgjerimit dhe kompresueshmërinë në pikën e tranzicionit fazor.

Tranzicionet fazore të llojit të dytë shoqërohen me një ndryshim në rend. Kjo mund të kuptohet me shembullin e një tranzicioni fazor në tunxh beta, një aliazh bakri dhe zinku. Atomet e bakrit të paraqitur në fig. 3 rrathë të lehta janë të vendosura në kulmet e kubit, atomet e zinkut (rrathët e errët) janë në qendër (ose anasjelltas). Në rregull të përsosur, çdo atom bakri ka vetëm atome zinku si fqinjët më të afërt. Por me rritjen e temperaturës, probabiliteti që një atom të zërë një vend "të huaj" rritet. Për sa kohë që këto probabilitete ($((w)_(1))$ - probabiliteti për të zënë faqen "vet" dhe $((w)_(2))$ - "alien") janë të ndryshme (atomet janë më shumë "uleni" në "nyjet" e "tyre"), nyjet janë jo ekuivalente dhe simetria (dy grila kubike të futura njëra në tjetrën, të zhvendosura me gjysmën e diagonales së vëllimit) nuk ndryshon. Kjo është një fazë e porositur me temperaturë të ulët. Megjithatë, në një temperaturë më të madhe se ose e barabartë me temperaturën tranzicioni fazor ($((T)_(c))$ - pika Curie, e quajtur sipas fizikanit francez P. Curie, i cili zbuloi, në veçanti, në 1895 ekzistencën e temperaturës $((T)_(c) )=770 °C$, mbi të cilin zhduken vetitë ferromagnetike të hekurit), bëhet $((w)_(1))=((w)_(2))$. Tani të gjitha nyjet janë ekuivalente dhe simetria është rritur: bronzi beta ka një grilë kubike me qendër trupin. Një fazë e çrregullt e temperaturës së lartë u shfaq me një simetri të re, më të lartë (Fig. 4).

Mund të futni shkallën e rendit $\eta =(((w)_(1))-((w)_(2))):(((w)_(1))+((w)_( 2)) ).$ Në një gjendje plotësisht të renditur, në temperaturën zero absolute, $((w)_(1))=1,$ $((w)_(1))=0$ (të gjithë atomet "ulen" në nyjet "e tyre") dhe η = 1, ndërsa në nyjet plotësisht të çrregulluara ($T≥((T)_(c))$)$\quad((w)_(1))=((w)_( 2))=1 /2$ (të gjitha nyjet janë të njëjta) dhe $η=0.$ Për çdo $η>0$ arbitrarisht të vogël, simetria është e njëjtë me atë të një faze plotësisht të renditur. Të tjerat shpjegohen në të njëjtën mënyrë. tranzicionet fazore lloji i dytë. Pra, hekuri nën $((T)_(c))$ ka veti ferromagnetike, dhe më lart - paramagnetik (shih Magnetizmi). Zhdukja e ferromagnetizmit gjatë ngrohjes shoqërohet me një ndryshim në rendin në rregullimin e momenteve magnetike - rrotullimeve.

Pranë $((T)_(c))$, shkalla e rendit është arbitrarisht afër zeros. Prandaj, një tranzicion i fazës së rendit të dytë nuk kërkon shpenzim energjie: efektet termike dhe vëllimore janë zero. Kjo shpjegon gjithashtu se përse një aliazh i çrregullt nuk mund të superftohet në një gjendje të rregulluar.

Kalimi i materies nga një gjendje në tjetrën është një dukuri shumë e zakonshme në natyrë. Uji i vluar në kazan, ngrirja e lumenjve në dimër, shkrirja e metaleve, lëngëzimi i gazrave, demagnetizimi i ferriteve kur nxehen etj. lidhen pikërisht me dukuri të tilla, të quajtura kalime fazore. Zbuloni tranzicionet fazore nga një ndryshim i mprehtë në vetitë dhe veçoritë (anomalitë) e karakteristikave të një substance në kohën e tranzicionit fazor: me lëshim ose përthithje nxehtësi latente; kërcejnë në vëllim ose kërcejnë në kapacitetin e nxehtësisë dhe koeficientin e zgjerimit termik; ndryshimi i rezistencës elektrike; shfaqja e vetive magnetike, ferroelektrike, piezomagnetike, ndryshimet në modelin e difraksionit të rrezeve X, etj. Cila nga fazat e një lënde është e qëndrueshme në kushte të caktuara përcaktohet nga një nga potencialet termodinamike. Në një temperaturë dhe vëllim të caktuar në një termostat, kjo është energjia e lirë e Helmholtz-it, në një temperaturë dhe presion të caktuar, potenciali Gibbs.

Më lejoni t'ju kujtoj se potenciali i Helmholtz-it F (energji e lirë) është diferenca midis energjisë së brendshme të një substance E dhe entropisë së saj S të shumëzuar me temperaturën absolute T:

Si energjia ashtu edhe entropia në (1) janë funksione kushtet e jashtme(presioni p dhe temperatura T), dhe faza, e cila realizohet në kushte të caktuara të jashtme, ka potencialin më të vogël Gibbs nga të gjitha fazat e mundshme. Për sa i përket termodinamikës, ky është një parim. Kur kushtet e jashtme ndryshojnë, mund të rezultojë se energjia e lirë e fazës tjetër është bërë më e vogël. Ndryshimi në kushtet e jashtme ndodh gjithmonë vazhdimisht, dhe për këtë arsye mund të përshkruhet nga një varësi e vëllimit të sistemit nga temperatura. Duke pasur parasysh këtë marrëveshje në vlerat e T dhe V, mund të themi se ndryshimi në stabilitetin e fazës dhe kalimi i një substance nga një fazë në tjetrën ndodh në një temperaturë të caktuar përgjatë rrugës termodinamike, dhe vlerat për të dyja Fazat janë funksione të temperaturës pranë kësaj pike.Le të shqyrtojmë më në detaje se si ndodh ndryshimi shenjë. Varësia e ngushtë për një dhe për një fazë tjetër mund të përafrohet me disa polinome që varen nga:

Dallimi midis energjive të lira të dy fazave merr formën

Për sa kohë që ndryshimi është mjaft i vogël, ne mund të kufizojmë veten vetëm në termin e parë dhe të themi se nëse , atëherë faza I është e qëndrueshme në temperatura të ulëta dhe faza II është e qëndrueshme në temperatura të larta. Në vetë pikën e tranzicionit, derivati ​​i parë i energjisë së lirë në lidhje me temperaturën i nënshtrohet natyrshëm një kërcimi: në , dhe në . Siç e dimë, ekziston, në fakt, entropia e gjërave. Rrjedhimisht, gjatë një tranzicioni fazor, entropia përjeton një kërcim, duke përcaktuar nxehtësinë latente të tranzicionit, pasi . Tranzicionet e përshkruara quhen tranzicione të llojit të parë, dhe ato njihen dhe studiohen gjerësisht në shkollë. Të gjithë e dimë për nxehtësinë latente të avullimit ose shkrirjes. Kjo është ajo që është.

Duke përshkruar kalimin në kuadrin e konsideratave termodinamike të mësipërme, nuk kemi marrë në konsideratë vetëm një, në shikim të parë, mundësi të pamundur: mund të ndodhë që jo vetëm energjitë e lira të jenë të barabarta, por edhe derivatet e tyre në lidhje me temperaturën, domethënë . Nga (2) rezulton se një temperaturë e tillë, të paktën nga pikëpamja e vetive ekuilibër të substancës, nuk duhet të veçohet. Në të vërtetë, në dhe në përafrimin e parë në lidhje me kemi

dhe, të paktën në këtë pikë, nuk duhet të ndodhë asnjë tranzicion fazor: potenciali Gibbs, i cili ishte më i vogël në , do të jetë gjithashtu më i vogël në .

Në natyrë, natyrisht, jo gjithçka është kaq e thjeshtë. Ndonjëherë ka arsye të thella për të dy barazitë dhe për të mbajtur në të njëjtën kohë. Për më tepër, faza I bëhet absolutisht e paqëndrueshme në lidhje me luhatjet e vogla arbitrare të shkallëve të brendshme të lirisë në , dhe faza II - në . Në këtë rast ndodhin ato kalime të cilat sipas klasifikimit të njohur të Ehrenfestit quhen kalime të llojit të dytë. Ky emër është për faktin se gjatë tranzicioneve të rendit të dytë, vetëm derivati ​​i dytë i potencialit Gibbs në lidhje me kërcimet e temperaturës. Siç e dimë, derivati ​​i dytë i energjisë së lirë në lidhje me temperaturën përcakton kapacitetin e nxehtësisë së një substance

Kështu, gjatë tranzicioneve të llojit të dytë, duhet të vërehet një kërcim në kapacitetin e nxehtësisë së substancës, por nuk duhet të ketë nxehtësi latente. Meqenëse në , faza II është absolutisht e paqëndrueshme në lidhje me luhatjet e vogla, dhe e njëjta gjë vlen edhe për fazën I në , as mbinxehja dhe as ftohja e tepërt nuk duhet të vërehen gjatë tranzicioneve të rendit të dytë, domethënë nuk ka histerezë të temperaturës së pikës së tranzicionit fazor. Ka karakteristika të tjera të shquara që karakterizojnë këto tranzicione.

Cilat janë shkaqet themelore të kushteve termodinamikisht të nevojshme për një tranzicion të rendit të dytë? Fakti është se e njëjta substancë ekziston si në dhe në. Ndërveprimet ndërmjet elementeve që e përbëjnë nuk ndryshojnë befas, kjo është natyra fizike e asaj potencialet termodinamike sepse të dyja fazat nuk mund të jenë plotësisht të pavarura. Mënyra se si lind marrëdhënia midis dhe, dhe etj. mund të gjurmohet në modele të thjeshta të tranzicionit fazor duke llogaritur potencialet termodinamike në kushte të ndryshme të jashtme duke përdorur metodat e mekanikës statistikore. Më e lehtë për t'u llogaritur energji e lirë.

WIKIPEDIA

Tranzicioni i fazës (transformimi fazor) në termodinamikë - kalimi i një substance nga një fazë termodinamike në tjetrën kur ndryshojnë kushtet e jashtme. Nga pikëpamja e lëvizjes së një sistemi përgjatë një diagrami fazor me një ndryshim në parametrat e tij intensivë (temperatura, presioni, etj.), Një tranzicion fazor ndodh kur sistemi kalon vijën që ndan dy faza. Meqenëse faza të ndryshme termodinamike përshkruhen nga ekuacione të ndryshme të gjendjes, është gjithmonë e mundur të gjendet një sasi që ndryshon papritur gjatë një tranzicioni fazor.

Meqenëse ndarja në faza termodinamike është një klasifikim më i imët i gjendjeve sesa ndarja në gjendje agregate të materies, jo çdo kalim fazor shoqërohet me një ndryshim. gjendja e grumbullimit. Megjithatë, çdo ndryshim në gjendjen e grumbullimit është një tranzicion fazor.

Tranzicionet fazore që konsiderohen më shpesh janë ato me një ndryshim të temperaturës, por me presion konstant(zakonisht e barabartë me 1 atmosferë). Kjo është arsyeja pse shpesh përdoren termat "pikë" (dhe jo vijë) të një tranzicioni fazor, pikë shkrirjeje, etj.. Sigurisht, një tranzicion fazor mund të ndodhë si me një ndryshim në presion ashtu edhe në temperaturë dhe presion konstant, por edhe me një ndryshim në përqendrimin e përbërësve (për shembull, shfaqja e kristaleve të kripës në një zgjidhje që ka arritur ngopjen).

Në tranzicioni i fazës së rendit të parë parametrat më të rëndësishëm, primare të gjera ndryshojnë papritur: vëllimi specifik, sasia e ruajtur energjia e brendshme, përqendrimi i përbërësve etj. Le të theksojmë se nënkuptojmë një ndryshim të menjëhershëm të këtyre sasive me një ndryshim të temperaturës, presionit etj., dhe jo një ndryshim të menjëhershëm në kohë (për këtë të fundit, shihni seksionin më poshtë Dinamika e tranzicionit fazor).

Shembujt më të zakonshëm kalimet fazore të llojit të parë:

shkrirja dhe kristalizimi

avullimi dhe kondensimi

sublimimi dhe desublimimi

Në tranzicioni fazor i llojit të dytë dendësia dhe energjia e brendshme nuk ndryshojnë, pra sy të lirë një tranzicion i tillë fazor mund të mos jetë i dukshëm. Kërcimi përjetohet nga derivatet e tyre në lidhje me temperaturën dhe presionin: kapaciteti i nxehtësisë, koeficienti i zgjerimit termik, ndjeshmëritë e ndryshme, etj.

Tranzicionet fazore të llojit të dytë ndodhin në ato raste kur simetria e strukturës së materies ndryshon (simetria mund të zhduket ose ulet plotësisht). Përshkrimi i një tranzicioni fazor të rendit të dytë si pasojë e një ndryshimi në simetri jepet nga teoria e Landau. Aktualisht, është zakon të flasim jo për një ndryshim në simetri, por për pamjen në pikën e tranzicionit parametri i rendit, e barabartë me zero në një fazë më pak të renditur dhe duke ndryshuar nga zero (në pikën e tranzicionit) në vlera jozero në një fazë më të renditur.

Shembujt më të zakonshëm të tranzicionit të fazës së rendit të dytë janë:

kalimi i sistemit në një pikë kritike

tranzicioni paramagnet-ferromagnet ose paramagnet-antiferromagnet (parametri i rendit - magnetizimi)

kalimi i metaleve dhe lidhjeve në gjendjen e superpërcjellshmërisë (parametri i rendit është densiteti i kondensatës superpërcjellëse)

kalimi i heliumit të lëngshëm në një gjendje superfluid (pp - dendësia e përbërësit superfluid)

kalimi i materialeve amorfe në një gjendje qelqi

Fizika moderne gjithashtu heton sistemet që kanë tranzicione fazore të rendit të tretë ose më të lartë.

Kohët e fundit përdorim të gjerë mori konceptin e një tranzicioni fazor kuantik, d.m.th. një tranzicion fazor i kontrolluar jo nga luhatjet termike klasike, por nga ato kuantike, të cilat ekzistojnë edhe në temperaturat zero absolute, ku një kalim fazor klasik nuk mund të realizohet për shkak të teoremës së Nernst-it.

©2015-2017 sajti
Të gjitha të drejtat u përkasin autorëve të tyre. Kjo faqe nuk pretendon autorësinë, por ofron përdorim falas.

Ne kemi konsideruar kalimet nga lëngu dhe gjendje e gaztë në të ngurtë, d.m.th., kristalizimi, dhe kalimet e kundërta - shkrirja dhe sublimimi. Më herët në kap. VII u njohëm me kalimin e lëngut në avull - avullim dhe kalimin e kundërt - kondensimin. Gjatë gjithë këtyre kalimeve fazore (transformimeve), trupi ose çliron ose thith energji në formën e nxehtësisë latente të tranzicionit përkatës (nxehtësia e shkrirjes, nxehtësia e avullimit, etj.).

Tranzicionet fazore që shoqërohen nga një kërcim në energji ose sasi të tjera të lidhura me energjinë, siç është dendësia, quhen tranzicione fazore të rendit të parë.

Për kalimet fazore të llojit të parë, karakteristik është një kërcim, d.m.th., që ndodh në një interval shumë të ngushtë të temperaturës, ndryshimi në vetitë e substancave. Prandaj mund të flitet për një temperaturë të caktuar tranzicioni ose pikë tranzicioni: pika e vlimit, pika e shkrirjes dhe

Temperaturat e tranzicionit fazor varen nga një parametër i jashtëm - presioni në një temperaturë të caktuar, ekuilibri i fazave midis të cilave ndodh kalimi vendoset në një presion të përcaktuar mirë. Linja e ekuilibrit fazor përshkruhet nga ekuacioni Clausius-Clapeyron i njohur për ne:

ku është nxehtësia molare e tranzicionit dhe janë vëllimet molare të të dy fazave.

Gjatë kalimeve fazore të rendit të parë, një fazë e re nuk shfaqet menjëherë në të gjithë vëllimin. Së pari, formohen bërthamat e një faze të re, të cilat më pas rriten, duke u përhapur në të gjithë vëllimin.

Ne u takuam me procesin e formimit të bërthamave kur shqyrtojmë procesin e kondensimit të lëngshëm. Kondensimi kërkon ekzistimin e qendrave të kondensimit (bërthamë) në formën e kokrrave të pluhurit, joneve etj. Në të njëjtën mënyrë, ngurtësimi i një lëngu kërkon qendra kristalizimi. Në mungesë të qendrave të tilla, avulli ose lëngu mund të jenë në një gjendje super të ftohur. Është e mundur, për shembull, të vëzhgoni ujin e pastër për një kohë të gjatë në një temperaturë

Megjithatë, ka kalime fazore në të cilat transformimi ndodh menjëherë në të gjithë vëllimin si rezultat i një ndryshimi të vazhdueshëm në rrjetën kristalore, d.m.th. pozicioni relativ grimcat në rrjetë. Kjo mund të çojë në faktin se në një temperaturë të caktuar simetria e grilës ndryshon, për shembull, një grilë me një simetri të ulët kalon në një rrjetë me një simetri më të lartë. Kjo temperaturë do të jetë pika e kalimit fazor, e cila në këtë rast quhet kalim fazor i rendit të dytë. Temperatura në të cilën ndodh një kalim fazor i rendit të dytë quhet pika Curie, sipas Pierre Curie, i cili zbuloi kalimin e fazës së rendit të dytë në ferromagnet.

Me një ndryshim kaq të vazhdueshëm të gjendjes në pikën e tranzicionit, nuk do të ketë ekuilibër të dy fazave të ndryshme, pasi kalimi ndodhi menjëherë në të gjithë vëllimin. Prandaj, nuk ka kërcim në energjinë e brendshme II në pikën e tranzicionit. Për rrjedhojë, një tranzicion i tillë nuk shoqërohet me çlirimin ose thithjen e nxehtësisë latente të tranzicionit. Por meqenëse në temperaturat mbi dhe nën pikën e tranzicionit, substanca është në modifikime të ndryshme kristalore, ato kanë kapacitete të ndryshme të nxehtësisë. Kjo do të thotë se në pikën e tranzicionit fazor, kapaciteti i nxehtësisë ndryshon papritur, d.m.th., derivati ​​i energjisë së brendshme në lidhje me temperaturën

Koeficienti i zgjerimit vëllimor gjithashtu ndryshon befas, megjithëse vetë vëllimi në pikën e tranzicionit nuk ndryshon.

Janë të njohura kalimet fazore të llojit të dytë, në të cilat një ndryshim i vazhdueshëm në gjendje nuk do të thotë ndryshim struktura kristalore, por në të cilën gjendja gjithashtu ndryshon njëkohësisht në të gjithë vëllimin. Kalimet më të njohura të këtij lloji janë kalimi i një substance nga një gjendje ferromagnetike në një gjendje joferromagnetike, e cila ndodh në një temperaturë të quajtur pika Curie; kalimi i disa metaleve nga gjendja normale në atë superpërcjellëse, në të cilën rezistenca elektrike. Në të dyja rastet, në pikën e tranzicionit nuk ndodh asnjë ndryshim në strukturën e kristalit, por në të dyja rastet gjendja ndryshon vazhdimisht dhe njëkohësisht në të gjithë vëllimin. Një kalim i llojit të dytë është edhe kalimi i heliumit të lëngshëm nga gjendja He I në gjendjen He II. Në të gjitha këto raste, vërehet një kërcim në kapacitetin e nxehtësisë në pikën e tranzicionit. (Në lidhje me këtë, temperatura e tranzicionit të fazës së rendit të dytë ka një emër të dytë: quhet pika -, sipas natyrës së kurbës së ndryshimit të kapacitetit të nxehtësisë në këtë pikë; kjo u përmend tashmë në § 118 , në tekstin mbi heliumin e lëngshëm.)

Le të analizojmë tani pak më në detaje se si ndodhin tranzicioni fazor. Luhatjet luajnë rolin kryesor në transformimet fazore sasive fizike. Ne jemi takuar tashmë me ta kur diskutuam çështjen e kauzës lëvizje browniane grimcat e ngurta të pezulluara në një lëng (§ .7).

Luhatjet - ndryshime të rastësishme në energji, densitet dhe sasi të tjera të lidhura me to - ekzistojnë gjithmonë. Por larg nga pika e tranzicionit fazor, ato shfaqen në vëllime shumë të vogla dhe shpërndahen përsëri menjëherë. Kur temperatura dhe presioni në substancë janë afër kritikës, atëherë në vëllimin e mbuluar nga luhatja bëhet e mundur shfaqja e një faze të re. I gjithë ndryshimi midis tranzicioneve fazore të rendit të parë dhe të dytë qëndron në faktin se luhatjet pranë pikës së tranzicionit zhvillohen ndryshe.

Është thënë tashmë më lart se në një tranzicion të rendit të parë, lind një fazë e re në formën e bërthamave brenda fazës së vjetër. Arsyeja e shfaqjes së tyre janë luhatjet e rastësishme të energjisë dhe densitetit. Me afrimin e pikës së tranzicionit, luhatjet që çojnë në një fazë të re ndodhin gjithnjë e më shpesh, dhe megjithëse çdo luhatje mbulon një vëllim shumë të vogël, ato së bashku mund të çojnë në shfaqjen e një bërthame makroskopike të një faze të re nëse ka një qendër kondensimi. në vendin e formimit të tyre.

Në rastin e një tranzicioni të llojit të dytë, situata është shumë më e ndërlikuar. Meqenëse faza e re shfaqet menjëherë në të gjithë vëllimin, luhatjet e zakonshme mikroskopike në vetvete nuk mund të çojnë në një tranzicion fazor. Karakteri i tyre ndryshon ndjeshëm. Me afrimin e temperaturës kritike, luhatjet që "përgatisin" kalimin në një fazë të re mbulojnë një pjesë në rritje të substancës dhe, së fundi, në pikën e tranzicionit bëhen të pafundme,

d.m.th., ato ndodhin kudo. Nën pikën e tranzicionit, kur tashmë është vendosur një fazë e re, ato fillojnë të prishen përsëri dhe gradualisht bëhen përsëri me rreze të shkurtër dhe jetëshkurtër.

Një tranzicion i fazës së rendit të dytë shoqërohet gjithmonë me një ndryshim në simetrinë e sistemit; në një fazë të re, ose lind një rend që nuk ishte në atë origjinal (për shembull, momentet magnetike të grimcave individuale renditen pas kalimit në një gjendje feromagnetike), ose një rend tashmë ekzistues ndryshon (gjatë tranzicionit me një ndryshim në strukturën kristalore).

Ky rend i ri përmbahet edhe në luhatjet pranë pikës së tranzicionit fazor.

Një shpjegim i qartë i mekanizmit të përshkruar të tranzicionit është i mirënjohur "efekti i turmës me shikim" (Fig. 185). Le të imagjinojmë kalimtarët që ecin përgjatë trotuarit dhe shikojnë në drejtimet më të rastësishme. Kjo është gjendja “normale” e turmës së rrugës, në të cilën nuk ka rregull. Lëreni tani një nga kalimtarët pa ndonjë arsye të dukshme të shikojë në një dritare të zbrazët në katin e dytë ("luhatje të rastësishme"). Gradualisht gjithçka më shumë e njerëzve fillojnë të shikojnë nga e njëjta dritare dhe në fund të gjithë sytë drejtohen në një pikë. Ka dalë një fazë “e rregullt”, edhe pse nuk ka forcat e jashtme duke kontribuar në vendosjen e rendit - asgjë nuk ndodh jashtë dritares në katin e dytë

Tranzicionet fazore të llojit të dytë janë një fenomen shumë kompleks dhe interesant. Proceset që ndodhin në afërsi të pikës së tranzicionit ende nuk janë hetuar plotësisht dhe ende po krijohet një pamje e plotë e sjelljes së sasive fizike në kushtet e luhatjeve të pafundme.

Shumë substanca në presione të ulëta kristalizohen në struktura të paketuara lirshëm. Për shembull, hidrogjeni kristalor përbëhet nga molekula të vendosura në distanca relativisht të mëdha nga njëra-tjetra; Struktura e grafitit është një seri shtresash të atomeve të karbonit të largëta. Në presione mjaft të larta, struktura të tilla të lirshme korrespondojnë me vlera të mëdha të energjisë Gibbs. Vlerat më të ulëta të F në këto kushte korrespondojnë me fazat e ekuilibrit të ngushtë. Prandaj, kur presione të larta grafiti shkon në diamant, dhe hidrogjeni kristalor molekular duhet të shkojë në atomik (metal). Lëngjet kuantike 3He dhe 4He mbeten të lëngshme në presion normal deri në temperaturat më të ulëta të arritura ( T~ 0,001 K). Arsyeja për këtë është ndërveprimi i dobët i grimcave dhe amplituda e madhe e lëkundjeve të tyre në temperatura afër zero absolute(të ashtuquajturat lëkundje zero, shih relacionin e pasigurisë) . Sidoqoftë, një rritje e presionit (deri në 20 atm në T "0 K) çon në ngurtësimin e heliumit të lëngshëm. Në temperatura të ndryshme nga zero dhe presion dhe temperaturë të dhënë, faza e ekuilibrit është ende faza me energjinë minimale Gibbs (energjia minimale nga e cila forcat e presionit dhe sasia i nxehtësisë që i jepet sistemit zbriten).

Ekzistenca e një rajoni të ekuilibrit metastabil pranë lakores së llojit të parë F. p. është karakteristikë për një F. P. të klasit të parë (për shembull, një lëng mund të nxehet në një temperaturë mbi pikën e vlimit ose të superftohët nën pikën e ngrirjes) . Gjendjet metastabile ekzistojnë për një kohë mjaft të gjatë sepse formimi i një faze të re me vlerë më të ulët F (termodinamikisht më e favorshme) fillon me shfaqjen e bërthamave të kësaj faze. Fitimi në vlerën e F gjatë formimit të bërthamës është proporcional me vëllimin e tij, dhe humbja është në proporcion me sipërfaqen (vlera e energjisë sipërfaqësore) . Bërthamat e vogla që kanë lindur rrisin F, dhe për këtë arsye ato do të ulen dhe zhduken me një probabilitet dërrmues. Megjithatë, bërthamat që kanë arritur një madhësi të caktuar kritike rriten dhe e gjithë substanca kalon në një fazë të re. Formimi i një bërthame të një madhësie kritike është një proces shumë i pamundur dhe ndodh mjaft rrallë. Probabiliteti i formimit të bërthamave të një madhësie kritike rritet nëse substanca përmban përfshirje të huaja makroskopike (për shembull, grimcat e pluhurit në një lëng). Pranë pikës kritike, diferenca midis fazave të ekuilibrit dhe energjisë sipërfaqësore zvogëlohet, bërthamat formohen lehtësisht. madhësive të mëdha dhe forma të çuditshme, e cila ndikon në vetitë e materies (shih Fenomenet Kritike) .

Shembuj të fenomeneve të fazës II janë shfaqja (nën një temperaturë të caktuar në secilin rast) e një momenti magnetik në një magnet gjatë tranzicionit paramagnet - ferromagnet, renditja antiferromagnetike gjatë tranzicionit paramagnet - antiferromagnet, shfaqja e superpërçueshmërisë në metale dhe lidhje, shfaqja e superfluiditetit në 3He dhe 4He, renditja e lidhjeve, shfaqja e polarizimit spontan (spontan) të një lënde gjatë kalimit paraelektrik-ferroelektrik etj.

Progres i madh është bërë në llogaritjen teorike të dimensioneve kritike dhe ekuacioneve të gjendjes në përputhje të mirë me të dhënat eksperimentale. Vlerat e përafërta të dimensioneve kritike janë dhënë në tabelë.

Tabela e dimensioneve kritike të termodinamikës dhe sasive kinetike

Vlera

T - Tk

Kapaciteti i nxehtësisë

Ndjeshmëria*

Një fushë magnetike

Moment magnetik

Gjerësia e vijës Rayleigh

Dimensioni

* Ndryshimi i dendësisë me presion, magnetizimi me tension fushë magnetike dhe etj. Tk- temperaturë kritike.

Zhvillimi i mëtejshëm i teorisë së FP-ve të llojit të dytë lidhet me aplikimin e metodave të teorisë kuantike të fushës, në veçanti metodën e grupit të rinormalizimit. Kjo metodë lejon, në parim, gjetjen e indekseve kritike me çdo saktësi të kërkuar.

Ndarja e F. p. në dy lloje është disi arbitrare, pasi ka kalime fazore të llojit të parë me kërcime të vogla në kapacitetin e nxehtësisë dhe sasi të tjera dhe nxehtësi të vogla tranzicioni me luhatje shumë të zhvilluara. Php është një fenomen kolektiv që ndodh në vlera të përcaktuara rreptësisht të temperaturës dhe sasive të tjera vetëm në një sistem që ka, në kufi, një numër arbitrarisht të madh grimcash.

Lit.: Landau L. D., Lifshits E. M., fizikës statistikore, botimi i dytë, M., 1964 (Fizika teorike, vëll. 5); Landau L. D., Akhiezer A. I., Lifshits E. M., Kursi i fizikës së përgjithshme. Mekanika dhe Fizika molekulare, botimi i dytë, M., 1969; Braut R., Faza e tranzicionit, përkth. nga anglishtja, M., 1967; Fisher M., Natyra e gjendjes kritike, përkth. nga anglishtja, M., 1968; Stanley G., Tranzicionet fazore dhe fenomenet kritike, përkth. nga anglishtja, M., 1973; Anisimov M. A., Studime të fenomeneve kritike në lëngje, "Përparime në shkencat fizike", 1974, v. 114, c. 2; Patashinsky A. Z., Pokrovsky V. L., Teoria e luhatjeve të tranzicioneve fazore, M., 1975; Teoria kuantike fushat dhe fizika e kalimeve fazore, përkth. nga anglishtja, M., 1975 (Lajmet e fizikës themelore, numri 6); Wilson K., Kogut J., Renormalization group and e-expansion, përkth., nga anglishtja, M., 1975 (News of fundamental physics, v. 5).

V. L. Pokrovsky.

fazaështë një grup pjesësh të sistemit që janë identike në të gjitha fizike, vetitë kimike dhe përbërjen strukturore. Për shembull, ekzistojnë faza të ngurta, të lëngshme dhe të gazta (të quajtura gjendje grumbullimi).

Tranzicioni i fazës (transformimi i fazës), në një kuptim të gjerë - kalimi i një substance nga një fazë në tjetrën me një ndryshim në kushtet e jashtme ( T, R, fusha magnetike dhe elektrike, etj.); në kuptimin e ngushtë - një ndryshim i ngjashëm me kërcimin në vetitë fizike me një ndryshim të vazhdueshëm në parametrat e jashtëm. Ne do të shqyrtojmë më tej tranzicionet fazore në kuptimin e ngushtë.

Ka kalime fazore të llojit të parë dhe të dytë. Tranzicioni i fazës së llojit të parë është një fenomen i përhapur në natyrë. Këto përfshijnë: avullimin dhe kondensimin, shkrirjen dhe ngurtësimin, sublimimin ose sublimimin (kalimi i një substance nga një gjendje kristalore drejtpërdrejt, pa shkrirje, në një gjendje të gaztë, për shembull, akulli i thatë) dhe kondensimi në një fazë të ngurtë, etj. Faza tranzicionet e llojit të parë shoqërohen me evolucion ose nxehtësi thithëse (nxehtësia e tranzicionit fazor q), ndërsa dendësia, përqendrimi i përbërësve, vëllimi molar etj. ndryshojnë papritur.

Një tranzicion i fazës së rendit të dytë nuk shoqërohet nga çlirimi ose thithja e nxehtësisë, dendësia ndryshon vazhdimisht, por ndryshon papritur, për shembull, kapaciteti molar i nxehtësisë, përçueshmëria elektrike, viskoziteti, etj. Shembuj të tranzicionit të fazës së rendit të dytë mund të jenë kalimi i një lënde magnetike nga një gjendje feromagnetike ( m>> 1) në paramagnetike ( m" 1) kur nxehet në një temperaturë të caktuar, e quajtur pika Curie; kalimi i disa metaleve dhe lidhjeve në temperatura të ulëta nga gjendja normale në atë superpërcjellëse etj.

Fundi i punës -

Kjo temë i përket:

Instrumentimi dhe informatika

Ministria e Arsimit e Federatës Ruse ... Moskë akademi shtetërore... Instrumente dhe informatike...

Nëse keni nevojë për materiale shtesë për këtë temë, ose nuk keni gjetur atë që po kërkoni, ju rekomandojmë të përdorni kërkimin në bazën e të dhënave tona të veprave:

Çfarë do të bëjmë me materialin e marrë:

Nëse ky material doli të jetë i dobishëm për ju, mund ta ruani në faqen tuaj në rrjetet sociale:

Të gjitha temat në këtë seksion:

Kapaciteti i nxehtësisë
Nxehtësia specifike substanca - një vlerë e barabartë me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur 1 kg të një lënde me 1 K:

Procesi izokorik
Për të V=konst. Diagrami i këtij procesi (izokore)

procesi izobarik
Për të P=konst. Diagrami i këtij procesi (izobar)

Procesi izotermik
Për të T-konst. Për shembull, proceset e vlimit, kondensimit, shkrirjes dhe kristalizimit të substancave kimikisht të pastra ndodhin kur temperaturë konstante nëse presioni i jashtëm është konstant.

procesi adiabatik
Ky është një proces në të cilin nuk ka shkëmbim nxehtësie () midis sistemit dhe mjedisi. K adiabatike

Proceset rrethore (cikle)
Quhet procesi me të cilin sistemi, pasi kalon një sërë gjendjesh, kthehet në gjendjen e tij origjinale proces rrethor ose ciklit. Në diagramin e procesit, cikli përshkruhet si një kurbë e mbyllur

Cikli Carnot
Në 1824, fizikani dhe inxhinieri francez N. Carnot (1796-1832) botoi veprën e vetme në të cilën ai analizoi teorikisht ciklin më ekonomik të kthyeshëm, të përbërë nga dy izoterma dhe d.

Entropia
4.10.1. Entropia në termodinamikë

Ligji i dytë i termodinamikës (BNT)
Duke shprehur ligjin universal të ruajtjes dhe transformimit të energjisë, ligji i parë i termodinamikës (PNT) nuk lejon përcaktimin e drejtimit të proceseve. Në të vërtetë, procesi i transmetimit spontan

Forcat dhe energjia potenciale e ndërveprimeve ndërmolekulare
Leksionet 1-2 të studiuara gazet ideale, molekulat e të cilit kanë një vëllim të brendshëm të papërfillshëm dhe nuk ndërveprojnë me njëra-tjetrën në distancë. Vetitë e gazeve reale në presione të larta dhe

Ekuacioni i Van der Waals (VdW)
AT literaturë shkencore ka më shumë se 150 ekuacione të gjendjes së një gazi real që ndryshojnë nga njëri-tjetri. Asnjë prej tyre nuk është vërtet i vërtetë dhe universal. Le të ndalemi te ekuacioni

Izotermat e Van der Waals-it
Për vlerat fikse të P dhe T, ekuacioni (2) është një ekuacion i shkallës së tretë në lidhje me vëllimin e gazit V dhe, për rrjedhojë, ai mund të ketë ose tre rrënjë reale (V

Diagramet e fazave. pikë e trefishtë
Faza të ndryshme të së njëjtës substancë mund të jenë në ekuilibër, në kontakt me njëra-tjetrën. Një ekuilibër i tillë vërehet vetëm në një interval të kufizuar të temperaturës dhe çdo vlerë të temperaturës

Qelizë kristalore. Llojet e lidhjeve ndërmjet grimcave të rrjetës
Tipari kryesor i kristaleve që i dallon nga lëngjet dhe amorfët të ngurta, është periodiciteti i renditjes hapësinore të grimcave (atomeve, molekulave ose joneve) që përbëjnë britmën

Elementet e statistikës kuantike
Dualizmi (dualiteti) i valëve dhe grimcave është një nga konceptet themelore të fizikës moderne. Ka shumë fusha në kristale që shfaqin të dyja këto aspekte - valë dhe trup.

Fermionet dhe bozonet. Shpërndarja Fermi-Dirac dhe Bose-Einstein
Sipas teorisë moderne kuantike, të gjitha grimcat elementare dhe komplekse, si dhe kuazigrimcat, ndahen në dy klasa - fermione dhe bozone. Fermionet përfshijnë elektronet, proto

Koncepti i degjenerimit të një sistemi grimcash
Një sistem grimcash quhet i degjeneruar nëse vetitë e tij ndryshojnë nga vetitë e sistemeve klasike për shkak të efekteve kuantike. Le të gjejmë kriteret e degjenerimit për grimcat. Shpërndarjet Fermi-Dirac dhe Bose-Hey

Koncepti i teorisë kuantike të përçueshmërisë elektrike të metaleve
Sipas teorisë kuantike, një elektron në një metal nuk ka një trajektore të saktë; ai mund të përfaqësohet si një paketë valësh me një shpejtësi grupi të barabartë me shpejtësinë e elektronit. Teoria kuantike merr parasysh lëvizjen

Elementet e teorisë së brezit të kristaleve
Rishikuar semestrin e kaluar nivelet e energjisë elektron në një atom hidrogjeni [shih. shënime leksioni, pjesa III, formula (11. 14)]. Aty u tregua se vlerat e energjisë që mund dhe

Ndarja e kristaleve në dielektrikë, metale dhe gjysmëpërçues
Të gjithë kristalet ndahen në dielektrikë, metale dhe gjysmëpërçues. konsiderata

Përçueshmëria e brendshme e gjysmëpërçuesve
Përçueshmëria elektrike e një gjysmëpërçuesi kimikisht të pastër (për shembull, Ge i pastër ose Si i pastër

Gjysmëpërçuesit e papastërtive
9.6.1. Papastërtia e donatorëve, gjysmëpërçuesit e tipit n Futja e papastërtive në një gjysmëpërçues ndikon shumë në vetitë elektrike. Le të shqyrtojmë, për shembull, çfarë ndodh nëse në rrjetë

P-n kryqëzim
Në shumë fusha elektronikë moderne një rol të rëndësishëm luan kontakti i dy gjysmëpërçuesve me tipet n dhe p

Struktura e bërthamave atomike
Bërthama është pjesa qendrore e atomit, në të cilën pothuajse e gjithë masa e atomit dhe e tij ngarkesë pozitive. Madhësia e një atomi është njësi angstrome (1A=10-10m), dhe bërthama është ~ 10

Defekti masiv dhe energjia lidhëse bërthamore
Kur formohet një bërthamë, masa e saj zvogëlohet: masa e bërthamës Mn është më e vogël se shuma e masave të nukleoneve përbërëse të saj me Dm - defekti i masës bërthamore: Dm=Zmp

Forcat bërthamore dhe vetitë e tyre
Përbërja e bërthamës, përveç neutroneve, përfshin edhe protone të ngarkuar pozitivisht dhe ato duhet të sprapsin njëri-tjetrin, d.m.th. bërthama e një atomi duhet të shkatërrohet, por nuk ndodh. Rezulton se në të vogla

Radioaktiviteti
Radioaktiviteti është një ndryshim spontan në përbërjen e bërthamës, i cili ndodh në një kohë shumë më të gjatë se koha karakteristike bërthamore (10-22 s). Ne ramë dakord ta konsiderojmë atë

Ligji i zbërthimit radioaktiv
Prishja radioaktive është një fenomen statistikor, kështu që të gjitha parashikimet janë probabiliste. Prishje spontane një numër i madh bërthamat atomike i binden ligjit të zbërthimit radioaktiv

Reaksionet bërthamore
Reaksionet bërthamore quhen procese të transformimit bërthamat atomike të shkaktuara nga bashkëveprimi i tyre me njëra-tjetrën ose me grimcat elementare. Si rregull, në reaksionet bërthamore dy bërthama të përfshira

Leksioni 12. Grimcat elementare dhe tabloja moderne fizike e botës
Gjatë prezantimit të konceptit grimcat elementare fillimisht supozohej se ka grimca primare, pastaj të pandashme që përbëjnë të gjithë materien. Deri në fillim të shekullit të 20-të, me

Ndërkonvertueshmëria e grimcave
tipar karakteristik grimcat elementare është aftësia e tyre për transformime të ndërsjella. Në total, së bashku me antigrimcat, janë zbuluar më shumë se 350 grimca elementare dhe numri i tyre vazhdon të rritet. I madh

antigrimca
Në mikrokozmos, çdo grimcë korrespondon me një antigrimcë. Për shembull, antigrimca e parë - pozitroni (antielektroni) u zbulua në 1935, ngarkesa e saj është + e. Në një vakum, pozitroni është po aq