Fazali o'tish. Fazali transformatsiyalar

Biz suyuqlikdan o'tishlarni ko'rib chiqdik va gazsimon holat qattiq, ya'ni kristallanish va teskari o'tishlarga - erish va sublimatsiya. Avvalroq ch. VII suyuqlikning bug'ga o'tishi - bug'lanish va teskari o'tish - kondensatsiya bilan tanishdik. Bu barcha fazali o'tishlar (transformatsiyalar) bilan tana energiyani shaklda chiqaradi yoki yutadi yashirin issiqlik mos keladigan o'tish (birlashma issiqligi, bug'lanish issiqligi va boshqalar).

Energiyaning sakrashi yoki energiya bilan bog'liq bo'lgan boshqa miqdorlar, masalan, zichlik bilan birga keladigan fazali o'tishlar birinchi darajali fazali o'tishlar deb ataladi.

Uchun fazali o'tishlar Birinchi tur keskin, ya'ni juda tor harorat oralig'ida sodir bo'ladigan moddalar xossalarining o'zgarishi bilan tavsiflanadi. Shuning uchun ma'lum bir o'tish harorati yoki o'tish nuqtasi haqida gapirish mumkin: qaynash nuqtasi, erish nuqtasi va

Fazali o'tishlarning haroratlari tashqi parametrga bog'liq - ma'lum bir haroratdagi bosim, o'tish sodir bo'lgan fazalar muvozanati aniq belgilangan bosimda o'rnatiladi. Fazaviy muvozanat chizig'i bizga ma'lum bo'lgan Klauzius-Klapeyron tenglamasi bilan tavsiflanadi:

o'tishning molyar issiqligi bu erda va ikkala fazaning molyar hajmlari.

Birinchi tartibdagi fazali o'tishlarda yangi bosqich butun hajmda darhol paydo bo'lmaydi. Birinchidan, yangi fazaning yadrolari hosil bo'ladi, ular keyinchalik o'sib, butun hajmga tarqaladi.

Suyuqlik kondensatsiyasi jarayonini ko'rib chiqayotganda biz yadrolarning hosil bo'lish jarayoni bilan uchrashdik. Kondensatsiya chang donalari, ionlar va boshqalar ko'rinishidagi kondensatsiya markazlarining (yadrolarining) mavjudligini talab qiladi. Xuddi shunday, suyuqlikning qotib qolishi uchun kristallanish markazlari kerak. Bunday markazlar bo'lmasa, bug 'yoki suyuqlik o'ta sovutilgan holatda bo'lishi mumkin. Masalan, toza suvni haroratda uzoq vaqt davomida kuzatish mumkin

Shu bilan birga, fazali o'tishlar mavjud bo'lib, ularda kristall panjaraning uzluksiz o'zgarishi natijasida transformatsiya darhol butun hajmda sodir bo'ladi, ya'ni. nisbiy pozitsiya panjaradagi zarralar. Bu ma'lum bir haroratda panjara simmetriyasining o'zgarishiga olib kelishi mumkin, masalan, past simmetriyaga ega bo'lgan panjara yuqoriroq simmetriyaga ega bo'lgan panjaraga o'tadi. Bu harorat fazaga o'tish nuqtasi bo'ladi, bu holda ikkinchi tartibli fazaga o'tish deyiladi. Ikkinchi tartibli fazali o'tish sodir bo'ladigan harorat ferromagnitlarda ikkinchi tartibli faza o'tishini kashf etgan Per Kyuri nomi bilan Kyuri nuqtasi deb ataladi.

O'tish nuqtasida holatning bunday uzluksiz o'zgarishi bilan ikki xil fazaning muvozanati bo'lmaydi, chunki o'tish butun hajmda darhol sodir bo'lgan. Shuning uchun o'tish nuqtasida II ichki energiyada sakrash yo'q. Binobarin, bunday o'tish o'tishning yashirin issiqligining chiqarilishi yoki yutilishi bilan birga kelmaydi. Ammo o'tish nuqtasidan yuqori va past haroratlarda modda turli xil kristalli modifikatsiyalarda bo'lgani uchun ular turli xil issiqlik sig'imlariga ega. Bu shuni anglatadiki, fazaga o'tish nuqtasida issiqlik sig'imi keskin o'zgaradi, ya'ni haroratga nisbatan ichki energiya hosilasi.

Volumetrik kengayish koeffitsienti ham keskin o'zgaradi, garchi o'tish nuqtasidagi hajmning o'zi o'zgarmasa.

Ikkinchi turdagi fazali o'tishlar ma'lum, ularda holatning uzluksiz o'zgarishi o'zgarishni anglatmaydi kristall tuzilishi, lekin bu holatda ham butun hajmda bir vaqtning o'zida holat o'zgaradi. Ushbu turdagi eng mashhur o'tishlar moddaning ferromagnit holatidan ferromagnit bo'lmagan holatga o'tishi bo'lib, u Kyuri nuqtasi deb ataladigan haroratda sodir bo'ladi; Ba'zi metallarning normal holatdan o'ta o'tkazuvchanlik holatiga o'tishi, bunda elektr qarshilik. Ikkala holatda ham kristalning strukturasida o'tish nuqtasida hech qanday o'zgarish sodir bo'lmaydi, lekin ikkala holatda ham holat butun hajm bo'ylab doimiy va bir vaqtning o'zida o'zgaradi. Ikkinchi turdagi o'tish ham suyuq geliyning He I holatidan He II holatiga o'tishidir. Bu barcha holatlarda o'tish nuqtasida issiqlik sig'imining sakrashi kuzatiladi. (Shu munosabat bilan ikkinchi darajali fazaga o'tishning harorati ikkinchi nomga ega: bu nuqtada issiqlik sig'imi o'zgarishi egri chizig'ining tabiatiga ko'ra - nuqta deb ataladi; bu haqda § 118 da aytib o'tilgan. , suyuq geliy haqidagi matnda.)

Keling, fazaviy o'tishlar qanday sodir bo'lishini biroz batafsilroq tahlil qilaylik. Tebranishlar fazali transformatsiyalarda asosiy rol o'ynaydi jismoniy miqdorlar. Sabab masalasini muhokama qilayotganda ular bilan allaqachon uchrashganmiz jigarrang harakati suyuqlikda to'xtatilgan qattiq zarralar (§ .7).

Dalgalanishlar - energiya, zichlik va ular bilan bog'liq bo'lgan boshqa miqdorlarning tasodifiy o'zgarishi - har doim mavjud. Ammo fazaviy o'tish nuqtasidan uzoqda, ular juda kichik hajmlarda paydo bo'ladi va darhol yana eriydi. Moddadagi harorat va bosim kritik darajaga yaqin bo'lganda, tebranish bilan qoplangan hajmda yangi faza paydo bo'lishi mumkin bo'ladi. Birinchi va ikkinchi darajali fazali o'tishlar o'rtasidagi barcha farq, o'tish nuqtasi yaqinidagi tebranishlar turlicha rivojlanishidadir.

Yuqorida aytib o'tilgan ediki, birinchi tartibli o'tishda eski faza ichida yadrolar shaklida yangi faza paydo bo'ladi. Ularning paydo bo'lishining sababi energiya va zichlikdagi tasodifiy tebranishlardir. O'tish nuqtasiga yaqinlashganda, yangi fazaga olib keladigan dalgalanmalar tez-tez sodir bo'ladi va har bir fluktuatsiya juda kichik hajmni qamrab olsa ham, ular birgalikda kondensatsiya markazi bo'lsa, yangi fazaning makroskopik yadrosi paydo bo'lishiga olib kelishi mumkin. ularning shakllanish joyida.

Ikkinchi turdagi o'tish holatida vaziyat ancha murakkab. Yangi faza butun hajmda bir vaqtning o'zida paydo bo'lganligi sababli, oddiy mikroskopik tebranishlar o'z-o'zidan fazaga o'tishga olib kelmaydi. Ularning xarakteri sezilarli darajada o'zgaradi. Kritik haroratga yaqinlashganda, yangi fazaga o'tishni "tayyorlovchi" tebranishlar moddaning ortib borayotgan qismini qamrab oladi va nihoyat, o'tish nuqtasida cheksiz bo'ladi,

ya'ni ular bo'ylab sodir bo'ladi. O'tish nuqtasi ostida, yangi bosqich allaqachon o'rnatilganda, ular yana parchalana boshlaydi va asta-sekin yana qisqa muddatli va qisqa muddatli bo'ladi.

Ikkinchi tartibli fazaga o'tish har doim tizim simmetriyasining o'zgarishi bilan bog'liq; yangi bosqichda yoki asl nusxada bo'lmagan tartib paydo bo'ladi (masalan, alohida zarrachalarning magnit momentlari o'tish paytida tartibga solinadi). ferromagnit holat) yoki allaqachon mavjud tartib o'zgaradi (kristal tuzilishi o'zgarishi bilan o'tish paytida).

Ushbu yangi tartib fazaga o'tish nuqtasi yaqinidagi tebranishlarda ham mavjud.

Ta'riflangan o'tish mexanizmining aniq izohi - taniqli "ko'zni qamashtiruvchi olomon effekti" (185-rasm). Tasavvur qilaylik, yo'lovchilar yo'lak bo'ylab yurib, eng tasodifiy yo'nalishlarga qaraydilar. Bu ko'cha olomonining "oddiy" holati bo'lib, unda tartib yo'q. Endi o'tkinchilardan biri hech qanday sababsiz ikkinchi qavatdagi bo'sh derazaga ("tasodifiy tebranish") tikilib tursin. Asta-sekin hamma narsa Ko'proq odamlar bir xil oynadan tashqariga qarashni boshlaydilar va oxir-oqibat barcha ko'zlar bir nuqtaga qaratiladi. "tartibli" bosqich paydo bo'ldi, garchi yo'q tashqi kuchlar tartibni o'rnatishga hissa qo'shish - ikkinchi qavatdagi derazadan tashqarida hech narsa sodir bo'lmaydi

Ikkinchi turdagi fazali o'tishlar juda murakkab va qiziqarli hodisadir. O'tish nuqtasiga bevosita yaqin joyda sodir bo'ladigan jarayonlar hali to'liq o'rganilmagan va cheksiz tebranishlar sharoitida jismoniy miqdorlarning xatti-harakatlarining to'liq tasviri hali ham yaratilmoqda.

Materiyaning bir holatdan ikkinchi holatga o'tishi tabiatda juda keng tarqalgan hodisadir. Choynakdagi suvni qaynatish, qishda daryolarning muzlashi, metallning erishi, gazlarni suyultirish, qizdirilganda ferritlarning magnitsizlanishi va boshqalar. fazali o'tishlar deb ataladigan bunday hodisalarga aniq taalluqlidir. Fazali o'tishlar fazaga o'tish vaqtida moddaning xususiyatlarining xususiyatlari va xususiyatlarining (anomaliyasining) keskin o'zgarishi bilan aniqlanadi: yashirin issiqlikning chiqishi yoki yutilishi bilan; hajmda sakrash yoki issiqlik sig'imi va termal kengayish koeffitsientida sakrash; elektr qarshiligining o'zgarishi; magnit, ferroelektrik, pyezomagnit xususiyatlarning ko'rinishi, rentgen nurlarining diffraktsiya naqshining o'zgarishi va boshqalar. Moddaning fazalaridan qaysi biri ma'lum sharoitlarda barqaror bo'lishi termodinamik potensiallardan biri bilan aniqlanadi. Termostatdagi ma'lum harorat va hajmda bu Helmgolts erkin energiyasi, ma'lum harorat va bosimda Gibbs potentsiali.

Sizga shuni eslatib o'tamanki, Helmgolts potentsiali F (erkin energiya) E moddaning ichki energiyasi va S entropiyasi o'rtasidagi farq, ga ko'paytiriladi. mutlaq harorat T:

(1) dagi energiya ham, entropiya ham funksiyadir tashqi sharoitlar(bosim p va harorat T) va muayyan tashqi sharoitlarda amalga oshiriladigan faza barcha mumkin bo'lgan fazalarning eng kichik Gibbs potentsialiga ega. Termodinamika nuqtai nazaridan bu printsipdir. Tashqi sharoitlar o'zgarganda, boshqa fazaning erkin energiyasi kichikroq bo'lishi mumkin. Tashqi sharoitlarning o'zgarishi doimo doimiy ravishda sodir bo'ladi va shuning uchun uni tizim hajmining haroratga bog'liqligi bilan tavsiflash mumkin. T va V qiymatlaridagi ushbu kelishuvni hisobga olsak, faza barqarorligining o'zgarishi va moddaning bir fazadan ikkinchisiga o'tishi termodinamik yo'l bo'ylab ma'lum bir haroratda sodir bo'ladi va ikkala qiymat uchun ham aytishimiz mumkin. fazalar haroratning shu nuqtaga yaqin funksiyalaridir.Oʻzgarish qanday sodir boʻlishini batafsilroq koʻrib chiqamiz. Yopiq giyohvandlik biri uchun va boshqa faza uchun quyidagiga bog'liq bo'lgan ba'zi ko'phadlar bilan yaqinlashishi mumkin:

Ikki fazaning erkin energiyalari orasidagi farq shaklni oladi

Farqi yetarlicha kichik bo'lsa, biz o'zimizni faqat birinchi atama bilan cheklab qo'yishimiz mumkin va agar bo'lsa, I faza past haroratlarda barqaror ekanligini aytishimiz mumkin. yuqori haroratlar- II bosqich. O'tish nuqtasining o'zida erkin energiyaning haroratga nisbatan birinchi hosilasi tabiiy ravishda sakrashga uchraydi: da va da. Bizga ma'lumki, aslida narsalarning entropiyasi mavjud. Shunday qilib, fazali o'tish paytida, entropiya o'tishning yashirin issiqligini aniqlaydigan sakrashni boshdan kechiradi, chunki . Ta'riflangan o'tishlar birinchi turdagi o'tishlar deb ataladi va ular maktabda keng ma'lum va o'rganiladi. Biz hammamiz bug'lanish yoki erishning yashirin issiqligi haqida bilamiz. Bu shunday.

Yuqoridagi termodinamik mulohazalar doirasida o'tishni tavsiflab, biz faqat bir qarashda, ehtimol bo'lmagan imkoniyatni ko'rib chiqmadik: shunday bo'lishi mumkinki, nafaqat erkin energiyalar, balki ularning haroratga nisbatan hosilalari ham teng bo'lishi mumkin, ya'ni. (2) dan kelib chiqadiki, bunday haroratni, hech bo'lmaganda moddaning muvozanat xususiyatlari nuqtai nazaridan ajratib ko'rsatmaslik kerak. Haqiqatan ham, bizda va birinchi yaqinlashuvda

va, hech bo'lmaganda, bu nuqtada, hech qanday fazali o'tish sodir bo'lmasligi kerak: da kichikroq bo'lgan Gibbs potentsiali ham kichikroq bo'ladi.

Tabiatda, albatta, hamma narsa juda oddiy emas. Ba'zan ikkita tenglik va bir vaqtning o'zida ushlab turish uchun chuqur sabablar mavjud. Bundan tashqari, I faza ichki erkinlik darajalarining o'zboshimchalik bilan kichik tebranishlariga nisbatan mutlaqo beqaror bo'lib qoladi va II faza - da. Bunday holda, Erenfestning taniqli tasnifiga ko'ra, ikkinchi turdagi o'tishlar deb ataladigan o'tishlar sodir bo'ladi. Bu nom ikkinchi darajali o'tishlar paytida harorat sakrashiga nisbatan Gibbs potentsialining faqat ikkinchi hosilasining ko'tarilishi bilan bog'liq. Ma'lumki, erkin energiyaning haroratga nisbatan ikkinchi hosilasi moddaning issiqlik sig'imini aniqlaydi

Shunday qilib, ikkinchi turdagi o'tish paytida moddaning issiqlik sig'imida sakrash kuzatilishi kerak, ammo yashirin issiqlik bo'lmasligi kerak. , da II faza kichik tebranishlarga nisbatan mutlaqo beqaror bo'lgani uchun va I fazada ham xuddi shunday bo'ladi, ikkinchi tartibli o'tishlarda na qizib ketish, na haddan tashqari sovutish kuzatilmasligi kerak, ya'ni fazaga o'tish nuqtasining harorat histerizisi yo'q. Ushbu o'tishlarni tavsiflovchi boshqa ajoyib xususiyatlar mavjud.

Ikkinchi tartibli o'tish uchun termodinamik zarur shartlarning asosiy sabablari nimada? Gap shundaki, bir xil modda ham at, ham mavjud. Uni tashkil etuvchi elementlarning o'zaro ta'siri keskin o'zgarmaydi, bu nimaning fizik tabiati termodinamik potensiallar ikkala bosqich uchun ham butunlay mustaqil bo'lishi mumkin emas. Statistik mexanika usullaridan foydalanib, turli tashqi sharoitlarda termodinamik potentsiallarni hisoblash yo'li bilan fazaviy o'tishlarning oddiy modellarida va , va hokazolar orasidagi bog'lanish qanday paydo bo'lishini kuzatish mumkin. Hisoblash uchun eng oson erkin energiya.

VIKIPEDIA

Fazali o'tish(faza transformatsiyasi) termodinamikada - tashqi sharoit o'zgarganda moddaning bir termodinamik fazadan ikkinchisiga o'tishi. Tizimning intensiv parametrlari (harorat, bosim va boshqalar) o'zgarishi bilan faza diagrammasi bo'ylab harakatlanishi nuqtai nazaridan, tizim ikki fazani ajratib turadigan chiziqni kesib o'tganda fazaviy o'tish sodir bo'ladi. Turli termodinamik fazalar turli holat tenglamalari bilan tavsiflanganligi sababli, fazalar o'tish paytida keskin o'zgaruvchan miqdorni topish har doim mumkin.

Termodinamik fazalarga bo'linish materiyaning agregat holatlariga bo'linishdan ko'ra holatlarning nozikroq tasnifi bo'lganligi sababli, har bir fazaga o'tish o'zgarishlar bilan birga kelmaydi. agregatsiya holati. Biroq, agregatsiya holatidagi har qanday o'zgarish fazali o'tish hisoblanadi.

Tez-tez ko'rib chiqiladigan fazali o'tishlar haroratning o'zgarishi bilan, lekin bilan doimiy bosim(odatda 1 atmosferaga teng). Shuning uchun ham fazaviy o‘tish, erish nuqtasi va hokazolarning “nuqtasi” (chiziq emas) atamalari ko‘p qo‘llaniladi.Albatta, fazali o‘tish bosimning o‘zgarishi bilan ham, doimiy harorat va bosimda ham sodir bo‘lishi mumkin, balki komponentlar konsentratsiyasining o'zgarishi bilan (masalan, to'yinganlikka erishgan eritmada tuz kristallarining paydo bo'lishi).

Da birinchi darajali fazaga o'tish eng muhim birlamchi ekstensiv parametrlar keskin o'zgaradi: o'ziga xos hajm, saqlangan ichki energiya miqdori, komponentlarning kontsentratsiyasi va boshqalar. vaqtning keskin o'zgarishi (ikkinchisi uchun quyidagi bo'limga qarang Fazali o'tishlar dinamikasi).

Eng keng tarqalgan misollar birinchi turdagi fazali o'tishlar:

erish va kristallanish

bug'lanish va kondensatsiya

sublimatsiya va desublimatsiya

Da ikkinchi turdagi fazali o'tish zichligi va ichki energiya o'zgartirmang, shuning uchun yalang'och ko'z bunday fazali o'tish sezilmasligi mumkin. O'tishni harorat va bosimga nisbatan ularning hosilalari boshdan kechiradi: issiqlik sig'imi, termal kengayish koeffitsienti, turli xil sezuvchanlik va boshqalar.

Ikkinchi turdagi fazali o'tishlar materiya strukturasining simmetriyasi o'zgarganda (simmetriya butunlay yo'qolishi yoki kamayishi mumkin) sodir bo'ladi. Simmetriyaning o'zgarishi natijasida ikkinchi tartibli fazaga o'tishning tavsifi Landau nazariyasi tomonidan berilgan. Hozirgi vaqtda simmetriyaning o'zgarishi haqida emas, balki o'tish nuqtasidagi ko'rinish haqida gapirish odatiy holdir. buyurtma parametri, kamroq tartiblangan fazada nolga teng va tartibli bosqichda noldan (o'tish nuqtasida) nolga teng bo'lmagan qiymatlarga o'zgaradi.

Ikkinchi darajali fazali o'tishlarning eng keng tarqalgan misollari:

tizimning tanqidiy nuqtadan o'tishi

o'tish paramagnet-ferromagnit yoki paramagnet-antiferromagnit (tartib parametri - magnitlanish)

metallar va qotishmalarning o'ta o'tkazuvchanlik holatiga o'tishi (tartib parametri - supero'tkazuvchi kondensatning zichligi)

suyuq geliyning o'ta suyuqlik holatiga o'tishi (pp - superfluid komponentining zichligi)

amorf materiallarning shishasimon holatga o'tishi

Zamonaviy fizika uchinchi yoki undan yuqori darajadagi fazali o'tishlarga ega bo'lgan tizimlarni ham o'rganadi.

Yaqinda keng foydalanish kvant fazasi o'tish kontseptsiyasini oldi, ya'ni. klassik termal tebranishlar bilan emas, balki mutlaq nol haroratlarda ham mavjud bo'lgan kvantlar tomonidan boshqariladigan fazali o'tish, bu erda Nernst teoremasi tufayli klassik faza o'tishini amalga oshirish mumkin emas.

©2015-2017 sayti
Barcha huquqlar ularning mualliflariga tegishli. Ushbu sayt mualliflik huquqiga da'vo qilmaydi, lekin bepul foydalanishni ta'minlaydi.

Fazali o'tishlar

FAZA O'TISHLARI (fazali o'zgarishlar), harorat, bosim yoki boshqa har qanday tashqi omillar (masalan, magnit yoki elektr maydonlari) ta'sirida sodir bo'ladigan moddaning bir fazadan ikkinchisiga o'tishi. Moddaning zichligi va entropiyasining sakrashga o'xshash o'zgarishi bilan birga keladigan fazali o'tishlar 1-toifa fazali o'tishlar deb ataladi; Bularga bug'lanish kiradi erish, kondensatsiya, kristallanish. Bunday fazaviy o'tishlar jarayonida, issiqlik fazali o'tishlar. 2-turdagi fazali o'tishlar zichlik va materiyaning entropiyasi o'tish nuqtasida doimiy ravishda o'zgaradi, atermik sig'im, siqilish va boshqa shunga o'xshash miqdorlar sakrashni boshdan kechiradi. Qoida tariqasida, bu o'zgaradi va shunga mos ravishda simmetriya faza (masalan, Kyuri nuqtasida paramagnit holatdan ferromagnit holatga o'tish fazalarida magnit).

Bosqicho'tishlarbirinchimehribon bosqichi o'tishlar, ular uchun birinchi hosilalar keskin o'zgaradi termodinamik potentsiallar yoqilgan intensiv parametrlar tizim (harorat yoki bosim). Birinchi turdagi o'tishlar tizimning bir agregatsiya holatidan ikkinchisiga o'tish paytida ham, bir agregatsiya holati doirasida ham amalga oshiriladi (farqli o'laroq). bosqichi o'tishlar ikkinchi mehribon agregatsiyaning yagona holatida sodir bo'ladigan).

Birinchi darajali fazali o'tishlarga misollar

tizimning bir agregat holatidan ikkinchisiga o'tishida: kristallanish(suyuq fazaning qattiq holatga o'tishi), erish(qattiq fazaning suyuqlikka o'tishi), kondensatsiya(gazsimon fazaning qattiq yoki suyuqlikka o'tishi), sublimatsiya(qattiq fazaning gazsimon fazaga o'tishi), evtektik, peritektik imonotektik transformatsiyalar.

agregatsiyaning bir holati doirasida: evtektik, peritektik va polimorf o'zgarishlar, o'ta to'yingan qattiq eritmalarning parchalanishi, suyuq eritmalarning parchalanishi (qatlamlanishi), qattiq eritmalarning tartiblanishi.

Ba'zan, birinchi darajali fazali o'tishlar deb ham ataladi martensitik transformatsiyalar(shartli ravishda, chunki martensitik transformatsiyaga kirishda barqaror, ammo muvozanatsiz holatga o'tish amalga oshiriladi - metastabil holat).

Bosqicho'tishlarikkinchimehribon-bosqichi o'tishlar, ular uchun birinchi hosilalar termodinamik potentsiallar bosim va harorat doimiy ravishda o'zgarib turadi, ikkinchi hosilalari esa sakrashni boshdan kechiradi. Bundan, xususan, shundan kelib chiqadi energiya va ikkinchi tartibli fazaga o'tishda moddaning hajmi o'zgarmaydi, balki uning issiqlik sig'imi, siqilish, turli sezuvchanlik va boshqalar.

FP (Wiki)

Termodinamik fazalarga bo'linish moddaning agregat holatlariga bo'linishdan ko'ra kichikroq holatlar tasnifi bo'lganligi sababli, har bir fazaga o'tish agregat holatining o'zgarishi bilan birga bo'lmaydi. Biroq, agregatsiya holatidagi har qanday o'zgarish fazali o'tish hisoblanadi.

Tez-tez ko'rib chiqiladigan fazali o'tishlar haroratning o'zgarishi bilan, lekin doimiy bosimda (odatda 1 atmosferaga teng). Shuning uchun ham fazaviy o‘tish, erish nuqtasi va hokazolarning “nuqtasi” (chiziq emas) atamalari ko‘p qo‘llaniladi.Albatta, fazali o‘tish bosimning o‘zgarishi bilan ham, doimiy harorat va bosimda ham sodir bo‘lishi mumkin, balki komponentlar konsentratsiyasining o'zgarishi bilan (masalan, to'yinganlikka erishgan eritmada tuz kristallarining paydo bo'lishi).

Fazali o'tishlarning tasnifi

Da birinchi darajali fazaga o'tish eng muhim, birlamchi ekstensiv parametrlar keskin o'zgaradi: o'ziga xos hajm, saqlangan ichki energiya miqdori, komponentlar kontsentratsiyasi va boshqalar. Biz ta'kidlaymiz: biz bu miqdorlarning harorat, bosim va boshqalarning o'zgarishi bilan keskin o'zgarishini tushunamiz va vaqtning keskin o'zgarishi emas (ikkinchisi uchun quyidagi bo'limga qarang Fazali o'tishlar dinamikasi).

Eng keng tarqalgan misollar birinchi turdagi fazali o'tishlar:

erish va kristallanish

bug'lanish va kondensatsiya

sublimatsiya va desublimatsiya

Da ikkinchi turdagi fazali o'tish zichlik va ichki energiya o'zgarmaydi, shuning uchun bunday fazali o'tish yalang'och ko'z bilan ko'rinmasligi mumkin. O'tishni harorat va bosimga nisbatan ularning hosilalari boshdan kechiradi: issiqlik sig'imi, termal kengayish koeffitsienti, turli xil sezuvchanlik va boshqalar.

Ikkinchi darajali fazali o'tishlarning eng keng tarqalgan misollari:

tizimning muhim nuqtadan o'tishi

paramagnet-ferromagnit yoki paramagnet-antiferromagnit o'tish (tartib parametri - magnitlanish)

metallar va qotishmalarning o'ta o'tkazuvchanlik holatiga o'tishi (tartib parametri - o'ta o'tkazuvchan kondensatning zichligi)

suyuq geliyning o'ta suyuqlik holatiga o'tishi (pp - superfluid komponentining zichligi)

amorf materiallarning shishasimon holatga o'tishi

Ikkinchi tartibdan ortiq fazali o'tishlarning mavjudligi hali eksperimental ravishda tasdiqlanmagan.

So'nggi paytlarda kvant fazali o'tish tushunchasi keng tarqaldi, ya'ni klassik termal tebranishlar bilan emas, balki mutlaq nol haroratlarda ham mavjud bo'lgan kvantlar tomonidan boshqariladigan fazali o'tish, bu erda klassik faza o'tishini amalga oshirish mumkin emas. Nernst teoremasi.

Fazali o'tishlar dinamikasi

Yuqorida aytib o'tilganidek, moddaning xususiyatlarida sakrash harorat va bosimning o'zgarishi bilan sakrashni anglatadi. Haqiqatda, tizimga ta'sir qilganda, biz bu miqdorlarni emas, balki uning hajmini va umumiy ichki energiyasini o'zgartiramiz. Bu o'zgarish har doim qandaydir cheklangan tezlikda sodir bo'ladi, ya'ni zichlikdagi yoki o'ziga xos ichki energiyadagi butun bo'shliqni "qoplash" uchun bizga chekli vaqt kerak bo'ladi. Bu vaqt ichida fazaga o'tish moddaning butun hajmida darhol sodir bo'lmaydi, lekin asta-sekin. Bunday holda, birinchi darajali fazaga o'tishda ma'lum miqdorda energiya chiqariladi (yoki olinadi), bu deyiladi. fazali o'tish issiqligi. Fazali o'tish to'xtab qolmasligi uchun ushbu issiqlikni doimiy ravishda olib tashlash (yoki etkazib berish) yoki tizimda ishlarni bajarish orqali uni qoplash kerak.

Natijada, bu vaqt ichida tizimni tavsiflovchi bosqich diagrammasidagi nuqta jarayon tugagunga qadar "muzlaydi" (ya'ni bosim va harorat doimiy bo'lib qoladi).

Past bosimdagi ko'plab moddalar bo'shashmasdan o'ralgan tuzilmalarga kristallanadi. Masalan, kristalli vodorod bir-biridan nisbatan katta masofada joylashgan molekulalardan iborat; Grafitning tuzilishi uzoq masofali uglerod atomlarining bir qator qatlamlaridir. Etarlicha yuqori bosimlarda bunday bo'sh tuzilmalar Gibbs energiyasining katta qiymatlariga mos keladi. Ushbu sharoitlarda F ning past qiymatlari muvozanatning yaqin o'ralgan fazalariga to'g'ri keladi. Shuning uchun, qachon yuqori bosimlar grafit olmosga, molekulyar kristalli vodorod esa atomga (metall) o'tishi kerak. 3He va 4He kvant suyuqliklari eng past haroratgacha normal bosimda suyuq holatda qoladi ( T~ 0,001 K). Buning sababi zarrachalarning zaif o'zaro ta'siri va ularning mutlaq nolga yaqin haroratlarda tebranishlarining katta amplitudasi (nol tebranishlar deb ataladi, Noaniqlik munosabatlariga qarang) . Biroq, bosimning oshishi (20 gacha atm da T "0 K) suyuq geliyning qattiqlashishiga olib keladi.. Noldan boshqa haroratlarda va berilgan bosim va haroratda muvozanat fazasi hali ham minimal Gibbs energiyasi (bosim kuchlarining ishi va miqdori bo'lgan minimal energiya) bo'lgan faza hisoblanadi. tizimga berilgan issiqlik ayiriladi).

Birinchi turdagi F. p. egri chizigʻi yaqinida metastabil muvozanat mintaqasining mavjudligi birinchi toifali F. P.ga xosdir (masalan, suyuqlikni qaynash nuqtasidan yuqori haroratgacha qizdirish yoki muzlash nuqtasidan pastroq sovutish mumkin). . Metastabil holatlar ancha uzoq vaqt mavjud bo'ladi, chunki F qiymatidan pastroq (termodinamik jihatdan qulayroq) yangi fazaning shakllanishi ushbu faza yadrolarining paydo bo'lishi bilan boshlanadi. Yadro hosil bo'lishida F qiymatining ortishi uning hajmiga, yo'qolishi esa sirt maydoniga (sirt energiyasining qiymati) proportsionaldir. . Yaralgan kichik yadrolar F ni oshiradi va shuning uchun ular katta ehtimollik bilan kamayadi va yo'qoladi. Biroq, ma'lum bir kritik o'lchamga etgan yadrolar o'sib boradi va butun modda yangi bosqichga o'tadi. Kritik o'lchamdagi yadroning shakllanishi juda mumkin bo'lmagan jarayon va juda kamdan-kam hollarda sodir bo'ladi. Agar moddada begona makroskopik qo'shimchalar (masalan, suyuqlikdagi chang zarralari) bo'lsa, kritik o'lchamdagi yadrolarning paydo bo'lish ehtimoli ortadi. Kritik nuqtaga yaqin joyda muvozanat fazalari orasidagi farq va sirt energiyasi kamayadi, yadrolar osongina hosil bo'ladi. katta o'lchamlar va materiyaning xususiyatlariga ta'sir qiluvchi g'alati shakl (qarang. Tanqidiy hodisalar ) .

II faza hodisalariga misol qilib paramagnit o'tish davrida magnitda magnit momentning paydo bo'lishi (har bir holatda ma'lum bir haroratdan past) - ferromagnit, o'tish paytida antiferromagnit tartiblanishi, metallar va qotishmalarda o'ta o'tkazuvchanlikning paydo bo'lishi, 3He va 4Heda ortiqcha suyuqlikning paydo bo'lishi, tartibli qotishmalar, paraelektrik-ferroelektrik o'tish paytida moddaning o'z-o'zidan (o'z-o'zidan) qutblanishining paydo bo'lishi va boshqalar.

Tajriba ma'lumotlari bilan yaxshi muvofiqlashgan holda kritik o'lchamlar va holat tenglamalarini nazariy hisoblashda katta yutuqlarga erishildi. Kritik o'lchamlarning taxminiy qiymatlari jadvalda keltirilgan.

Termodinamik va kritik o'lchovlar jadvali kinetik miqdorlar

Qiymat

T - Tk

Issiqlik quvvati

Sezuvchanlik*

Magnit maydon

Magnit moment

Rayleigh chizig'ining kengligi

Hajmi

* Bosim bilan zichlikning o'zgarishi, kuchlanish bilan magnitlanish magnit maydon va boshq. Tk- kritik harorat.

Ikkinchi turdagi FPlar nazariyasining keyingi rivojlanishi kvant maydon nazariyasi usullarini, xususan, renormalizatsiya guruhi usulini qo'llash bilan bog'liq. Bu usul, qoida tariqasida, har qanday talab qilinadigan aniqlik bilan kritik indekslarni topishga imkon beradi.

F. p.ning ikki turga boʻlinishi maʼlum darajada ixtiyoriydir, chunki issiqlik sig'imi va boshqa miqdorlarda kichik sakrashlar bilan birinchi turdagi fazali o'tishlar va yuqori darajada rivojlangan tebranishlar bilan kichik o'tish issiqliklari mavjud. Php - bu harorat va boshqa miqdorlarning qat'iy belgilangan qiymatlarida faqat chegarada, o'zboshimchalik bilan ko'p miqdordagi zarrachalarga ega bo'lgan tizimda yuzaga keladigan jamoaviy hodisa.

Lit.: Landau L. D., Lifshits E. M., statistik fizika, 2-nashr, M., 1964 (Nazariy fizika, 5-jild); Landau L. D., Akhiezer A. I., Lifshits E. M., Umumiy fizika kursi. Mexanika va Molekulyar fizika, 2-nashr, M., 1969; Braut R., Fazali o'tishlar, trans. ingliz tilidan, M., 1967; Fisher M., Kritik holatning tabiati, trans. ingliz tilidan, M., 1968; Stenli G., Fazali o'tishlar va tanqidiy hodisalar, trans. ingliz tilidan, M., 1973; Anisimov M. A., Suyuqliklardagi tanqidiy hodisalarni o'rganish, "Fizika fanlari yutuqlari", 1974, 114-v., v. 2; Patashinskiy A. Z., Pokrovskiy V. L., Fazali o'tishlarning dalgalanma nazariyasi, M., 1975; Kvant nazariyasi fazali o'tish maydonlari va fizikasi, transl. ingliz tilidan, M., 1975 (Fundamental fizika yangiliklari, 6-son); Wilson K., Kogut J., Renormalization group and e-expansion, transl., Ingliz tilidan, M., 1975 (News of fundamental physics, v. 5).

V. L. Pokrovskiy.

bosqichi- bu barcha jismoniy jihatdan bir xil bo'lgan tizim qismlari to'plami; kimyoviy xossalari va strukturaviy tarkibi. Masalan, qattiq, suyuq va gazsimon fazalar mavjud (agregatsiya holati deb ataladi).

Fazali o'tish (fazali transformatsiya), keng ma'noda - tashqi sharoitlarning o'zgarishi bilan moddaning bir fazadan ikkinchisiga o'tishi ( T, R, magnit va elektr maydonlari va boshqalar); tor ma'noda - bosqichma-bosqich o'zgarish jismoniy xususiyatlar tashqi parametrlarning doimiy o'zgarishi bilan. Keyinchalik tor ma'noda fazali o'tishlarni ko'rib chiqamiz.

Birinchi va ikkinchi turdagi fazali o'tishlar mavjud. Birinchi turdagi fazali o'tish tabiatda keng tarqalgan hodisadir. Bularga quyidagilar kiradi: bug'lanish va kondensatsiya, erish va qotib qolish, sublimatsiya yoki sublimatsiya (moddaning kristall holatdan to'g'ridan-to'g'ri, erimasdan, gazsimon holatga o'tishi, masalan, quruq muz) va kondensatsiyaning qattiq fazaga aylanishi va boshqalar Faza. birinchi turdagi o'tishlar evolyutsiya yoki yutilish issiqligi (q fazali o'tish issiqligi) bilan birga bo'lib, zichlik, tarkibiy qismlarning konsentratsiyasi, molyar hajm va boshqalar keskin o'zgaradi.

Ikkinchi tartibli fazali o'tish issiqlikning chiqishi yoki yutilishi bilan birga bo'lmaydi, zichlik doimiy ravishda o'zgaradi, lekin keskin o'zgaradi, masalan, molyar issiqlik sig'imi, elektr o'tkazuvchanligi, yopishqoqlik va boshqalar. Ikkinchi tartibli fazali o'tishlarga misollar bo'lishi mumkin. magnit moddaning ferromagnit holatidan o'tishi ( m>> 1) paramagnitga ( m" 1) ma'lum bir haroratgacha qizdirilganda, Kyuri nuqtasi deb ataladi; ba'zi metallar va qotishmalarning past haroratlarda normal holatdan o'ta o'tkazuvchanlik holatiga o'tishi va boshqalar.

Ishning oxiri -

Ushbu mavzu quyidagilarga tegishli:

Asboblar va informatika

Rossiya Federatsiyasi Ta'lim vazirligi ... Moskva davlat akademiyasi... Asboblar va informatika...

Agar sizga ushbu mavzu bo'yicha qo'shimcha material kerak bo'lsa yoki siz qidirayotgan narsangizni topa olmagan bo'lsangiz, bizning ishlar ma'lumotlar bazasida qidiruvdan foydalanishni tavsiya etamiz:

Qabul qilingan material bilan nima qilamiz:

Agar ushbu material siz uchun foydali bo'lib chiqsa, uni ijtimoiy tarmoqlardagi sahifangizga saqlashingiz mumkin:

Ushbu bo'limdagi barcha mavzular:

Issiqlik quvvati
Maxsus issiqlik moddalar - 1 kg moddani 1 K ga qizdirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdoriga teng qiymat:

Izoxorik jarayon
Uning uchun V = const. Ushbu jarayonning diagrammasi (izoxora)

izobar jarayon
Uning uchun P = const. Ushbu jarayonning diagrammasi (izobar)

Izotermik jarayon
Uning uchun T-const. Masalan, kimyoviy toza moddalarning qaynashi, kondensatsiyasi, erishi va kristallanish jarayonlari sodir bo'ladi. doimiy harorat agar tashqi bosim doimiy bo'lsa.

adiabatik jarayon
Bu tizim va o'rtasida issiqlik almashinuvi () bo'lmagan jarayondir muhit. K adiabatik

Doiraviy jarayonlar (tsikllar)
Tizimning bir qator holatlardan o'tib, dastlabki holatiga qaytish jarayoni deyiladi dumaloq jarayon yoki tsikl. Jarayon diagrammasida tsikl yopiq egri chiziq sifatida tasvirlangan

Karno sikli
1824 yilda frantsuz fizigi va muhandisi N. Karno (1796-1832) ikkita izoterm va d dan tashkil topgan teskari eng iqtisodiy tsiklni nazariy tahlil qilgan yagona ishini nashr etdi.

Entropiya
4.10.1. Termodinamikada entropiya

Termodinamikaning ikkinchi qonuni (BNT)
Energiyaning saqlanish va o'zgarishining universal qonunini ifodalovchi termodinamikaning birinchi qonuni (PNT) jarayonlarning yo'nalishini aniqlashga imkon bermaydi. Haqiqatan ham, o'z-o'zidan uzatish jarayoni

Molekulyar o'zaro ta'sir kuchlari va potentsial energiyasi
1-2-ma'ruzalarda molekulalari arzimas darajada kichik ichki hajmga ega bo'lgan va masofadan turib bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydigan ideal gazlar o'rganildi. Haqiqiy gazlarning yuqori bosimdagi xossalari va

Van der Vaals tenglamasi (VdW)
DA ilmiy adabiyotlar real gazning bir-biridan farq qiluvchi 150 dan ortiq holat tenglamalari mavjud. Ularning hech biri haqiqatan ham haqiqiy va universal emas. Keling, tenglamaga to'xtalib o'tamiz

Van der Vaals izotermlari
P va T ning sobit qiymatlari uchun (2) tenglama V gaz hajmiga nisbatan uchinchi darajali tenglamadir va shuning uchun u uchta haqiqiy ildizga (V) ega bo'lishi mumkin.

Fazali diagrammalar. uch nuqta
Xuddi shu moddaning turli fazalari muvozanatda, bir-biri bilan aloqada bo'lishi mumkin. Bunday muvozanat faqat cheklangan harorat oralig'ida va har bir harorat qiymatida kuzatiladi

Kristal hujayra. Panjara zarralari orasidagi bog'lanish turlari
Kristallarning asosiy xususiyati ularni suyuqlik va amorflardan ajratib turadi qattiq moddalar, yig'lashni tashkil etuvchi zarrachalarning (atomlar, molekulalar yoki ionlar) fazoviy joylashuvining davriyligi.

Kvant statistikasining elementlari
To'lqinlar va zarralarning dualizmi (dualizmi) zamonaviy fizikaning asosiy tushunchalaridan biridir. Kristallarda bu ikkala jihatni ko'rsatadigan ko'plab maydonlar mavjud - ikkala to'lqin va korpuskula.

Fermionlar va bozonlar. Fermi-Dirak va Bose-Eynshteyn taqsimoti
Zamonaviy kvant nazariyasiga ko'ra, barcha elementar va murakkab zarralar, shuningdek kvazizarralar ikki sinfga - fermionlar va bozonlarga bo'linadi. Fermiyonlarga elektronlar, proto kiradi

Zarrachalar sistemasining degeneratsiyasi haqida tushuncha
Zarrachalar tizimi, agar uning xossalari kvant effektlari tufayli klassik tizimlarning xossalaridan farq qilsa, degenerativ deyiladi. Keling, zarrachalar uchun degeneratsiya mezonlarini topamiz. Fermi-Dirak va Bose-Hey taqsimotlari

Metalllarning elektr o'tkazuvchanligining kvant nazariyasi haqida tushuncha
Kvant nazariyasiga ko'ra, metalldagi elektron aniq traektoriyaga ega emas, uni elektron tezligiga teng guruh tezligiga ega bo'lgan to'lqin paketi sifatida ko'rsatish mumkin. Kvant nazariyasi harakatni hisobga oladi

Kristallarning tarmoqli nazariyasi elementlari
O'tgan semestrda ko'rib chiqilgan energiya darajalari vodorod atomidagi elektron [qarang. ma’ruza matni, III qism, formula (11. 14)]. Bu mumkin bo'lgan energiya qiymatlari ko'rsatildi

Kristallarning dielektriklarga, metallarga va yarim o'tkazgichlarga bo'linishi
Barcha kristallar dielektriklarga, metallarga va yarim o'tkazgichlarga bo'linadi. Mulohaza

Yarimo'tkazgichlarning ichki o'tkazuvchanligi
Kimyoviy toza yarimo'tkazgichning elektr o'tkazuvchanligi (masalan, sof Ge yoki sof Si

Nopok yarim o'tkazgichlar
9.6.1. Donor nopokligi, n-tipli yarimo'tkazgichlar Yarimo'tkazgichga aralashmalarning kiritilishi unga katta ta'sir qiladi. elektr xususiyatlari. Keling, masalan, agar panjara ichida bo'lsa, nima bo'lishini ko'rib chiqaylik

P-n birikmasi
Ko'p sohalarda zamonaviy elektronika n- va p-tiplari bilan ikkita yarimo'tkazgichning aloqasi muhim rol o'ynaydi

Atom yadrolarining tuzilishi
Yadro atomning markaziy qismi bo'lib, unda atomning deyarli barcha massasi va uning musbat zaryad. Atomning kattaligi angstrom birliklari (1A=10-10m), yadrosi esa ~10

Massa nuqsoni va yadroviy bog'lanish energiyasi
Yadro hosil bo'lganda uning massasi kamayadi: yadro massasi Mn uni tashkil etuvchi nuklonlar massalari yig'indisidan Dm ga kam - yadro massasi nuqsoni: Dm=Zmp.

Yadro kuchlari va ularning xossalari
Yadro tarkibi, neytronlardan tashqari, musbat zaryadlangan protonlarni o'z ichiga oladi va ular bir-birini itarishi kerak, ya'ni. atom yadrosi yo'q qilinishi kerak, lekin bu sodir bo'lmaydi. Ma'lum bo'lishicha, kichkinagina

Radioaktivlik
Radioaktivlik - yadro tarkibining o'z-o'zidan o'zgarishi bo'lib, u xarakterli yadro vaqtidan (10-22 s) ancha uzoqroq vaqt davomida sodir bo'ladi. Biz buni ko'rib chiqishga kelishib oldik

Radioaktiv parchalanish qonuni
Radioaktiv parchalanish statistik hodisadir, shuning uchun barcha bashoratlar ehtimollikdir. Spontan parchalanish katta raqam atom yadrolari radioaktiv parchalanish qonuniga bo'ysunadi

Yadro reaksiyalari
Yadro reaktsiyalari transformatsiya jarayonlari deb ataladi atom yadrolari ularning bir-biri bilan yoki elementar zarralar bilan o'zaro ta'siridan kelib chiqadi. Qoida tariqasida, ichida yadro reaksiyalari ikkita yadro ishtirok etadi

Ma'ruza 12. Elementar zarralar va dunyoning hozirgi fizik tasviri
Kontseptsiyani kiritishda elementar zarralar dastlab barcha moddalarni tashkil etuvchi birlamchi, keyin esa bo'linmas zarralar bor deb faraz qilingan. 20-asr boshlariga qadar, bilan

Zarrachalarning o'zaro konvertatsiyasi
xarakterli xususiyat elementar zarralar - ularning o'zaro o'zgarish qobiliyati. Hammasi bo'lib, antizarralar bilan birgalikda 350 dan ortiq elementar zarralar topildi va ularning soni o'sishda davom etmoqda. Katta

antizarralar
Mikrokosmosda har bir zarracha antizarrachaga mos keladi. Masalan, birinchi antizarra - pozitron (antielektron) 1935 yilda kashf etilgan, uning zaryadi +e. Vakuumda pozitron xuddi shunday

Fazali o'tish. Fazali transformatsiyalar

Asboblar va informatika

Qabul qilingan material bilan nima qilamiz:

Ushbu bo'limdagi barcha mavzular:

Tegishli maqolalar