Aineen siirtyminen tilasta toiseen on hyvin yleinen ilmiö luonnossa. Veden kiehuminen kattilassa, jokien jäätyminen talvella, metallin sulaminen, kaasujen nesteyttäminen, ferriittien demagnetoituminen kuumennettaessa jne. liittyvät juuri sellaisiin ilmiöihin, joita kutsutaan vaihemuutoksiksi. Faasimuutokset havaitaan aineen ominaisuuksien ja ominaisuuksien (poikkeavuuksien) jyrkällä muutoksella faasisiirtymähetkellä: piilevän lämmön vapautumisella tai imeytymisellä; tilavuuden hyppy tai lämpökapasiteetin ja lämpölaajenemiskertoimen hyppy; sähkövastuksen muutos; magneettisten, ferrosähköisten, pietsomagneettisten ominaisuuksien esiintyminen, muutokset röntgendiffraktiokuviossa jne. Se, mikä aineen faaseista on stabiili tietyissä olosuhteissa, määräytyy yhden termodynaamisen potentiaalin mukaan. Tietyssä lämpötilassa ja tilavuudessa termostaatissa tämä on Helmholtzin vapaa energia tietyssä lämpötilassa ja paineessa, Gibbsin potentiaali.

Haluan muistuttaa, että Helmholtzin potentiaali F (vapaa energia) on ero aineen E sisäisen energian ja sen entropian S välillä kerrottuna absoluuttisella lämpötilalla T:

Sekä energia että entropia kohdassa (1) ovat ulkoisten olosuhteiden (paine p ja lämpötila T) funktioita, ja tietyissä ulkoisissa olosuhteissa toteutuvalla vaiheella on pienin Gibbs-potentiaali kaikista mahdollisista vaiheista. Termodynamiikan kannalta tämä on periaate. Ulkoisten olosuhteiden muuttuessa voi käydä ilmi, että toisen vaiheen vapaa energia on pienentynyt. Muutos ulkoisissa olosuhteissa tapahtuu aina jatkuvasti, ja siksi sitä voidaan kuvata jollakin järjestelmän tilavuuden riippuvuudella lämpötilasta. Ottaen huomioon tämän T:n ja V:n arvojen yhteisymmärryksen voidaan sanoa, että faasistabiilisuuden muutos ja aineen siirtyminen faasista toiseen tapahtuu tietyssä lämpötilassa termodynaamisen polun varrella, ja molempien arvot vaiheet ovat lämpötilan funktioita lähellä tätä pistettä. Tarkastellaanpa tarkemmin kuinka muutos tapahtuu merkki. Läheinen riippuvuus yhdelle ja toiselle vaiheelle voidaan approksimoida joillakin polynomeilla, jotka riippuvat:

Kahden vaiheen vapaiden energioiden välinen ero saa muodon

Niin kauan kuin ero on tarpeeksi pieni, voimme rajoittua vain ensimmäiseen termiin ja todeta, että jos , niin faasi I on stabiili matalissa lämpötiloissa ja faasi II on stabiili korkeissa lämpötiloissa. Itse siirtymäkohdassa vapaan energian ensimmäinen derivaatta lämpötilan suhteen tapahtuu luonnollisesti hyppyn: , ja . Kuten tiedämme, asioiden entropia on itse asiassa olemassa. Näin ollen vaihesiirtymän aikana entropia kokee hypyn, joka määrittää piilevän siirtymälämmön, koska . Kuvattuja siirtymiä kutsutaan ensimmäisen tyyppisiksi siirtymiksi, ja ne tunnetaan ja opiskellaan laajalti koulussa. Me kaikki tiedämme piilevasta höyrystymis- tai sulamislämmöstä. Sitä se on.

Kuvattaessa siirtymää yllä olevien termodynaamisten näkökohtien puitteissa emme käsitelleet vain yhtä ensi silmäyksellä epätodennäköistä mahdollisuutta: voi käydä niin, että vapaat energiat eivät ole yhtä suuret, vaan myös niiden derivaatat lämpötilan suhteen, eli . Kohdasta (2) seuraa, että tällaista lämpötilaa ei ainakaan aineen tasapainoominaisuuksien näkökulmasta pidä ottaa esille. Todellakin, ja ensimmäisessä likimäärässä suhteessa meillä on

ja ainakin tässä vaiheessa, vaihemuutosta ei pitäisi tapahtua: Gibbsin potentiaali, joka oli pienempi klo , on myös pienempi klo .

Luonnossa kaikki ei tietenkään ole niin yksinkertaista. Joskus kahdelle tasa-arvolle ja samanaikaiselle pitämiselle on syviä syitä. Lisäksi vaihe I muuttuu ehdottoman epävakaaksi sisäisten vapausasteiden mielivaltaisen pienten vaihteluiden suhteen ja vaihe II - at . Tässä tapauksessa tapahtuu niitä siirtymiä, joita Ehrenfestin tunnetun luokituksen mukaan kutsutaan toisen tyyppisiksi siirtymiksi. Tämä nimi johtuu siitä, että toisen kertaluvun siirtymien aikana vain toinen derivaatta Gibbsin potentiaalista suhteessa lämpötilahyppyihin. Kuten tiedämme, vapaan energian toinen derivaatta lämpötilan suhteen määrittää aineen lämpökapasiteetin

Siten toisen tyyppisten siirtymien aikana tulisi havaita aineen lämpökapasiteetin hyppy, mutta piilevää lämpöä ei pitäisi olla. Koska at , vaihe II on ehdottoman epävakaa pienten vaihteluiden suhteen ja sama pätee vaiheeseen I at , ei ylikuumenemista tai ylijäähtymistä pitäisi havaita toisen asteen siirtymissä, eli faasimuutospisteessä ei ole lämpötilahystereesiä. Näille siirtymille on ominaista muitakin merkittäviä piirteitä.

Mitkä ovat taustalla olevat syyt termodynaamisesti välttämättömille olosuhteille toisen asteen siirtymälle? Tosiasia on, että sama aine on olemassa sekä osoitteessa että at. Sen muodostavien alkuaineiden väliset vuorovaikutukset eivät muutu äkillisesti; tämä on sen tosiasian fysikaalinen luonne, että molempien faasien termodynaamiset potentiaalit eivät voi olla täysin riippumattomia. Se, miten ja , ja jne. välinen suhde syntyy, voidaan jäljittää yksinkertaisilla faasimuutosmalleilla laskemalla termodynaamiset potentiaalit erilaisissa ulkoisissa olosuhteissa tilastomekaniikan menetelmiä käyttäen. Helpoin tapa laskea ilmainen energia.

WIKIPEDIA

Vaiheen siirtyminen(faasimuunnos) termodynamiikassa - aineen siirtyminen termodynaamisesta faasista toiseen, kun ulkoiset olosuhteet muuttuvat. Järjestelmän liikkeen kannalta vaihekaaviota pitkin sen intensiivisten parametrien (lämpötila, paine jne.) muutoksilla tapahtuu vaihemuutos, kun järjestelmä ylittää kaksi vaihetta erottavan linjan. Koska eri termodynaamisia faaseja kuvataan eri tilayhtälöillä, on aina mahdollista löytää suure, joka muuttuu äkillisesti faasisiirtymän aikana.

Koska jako termodynaamisiin faaseihin on pienempi tilojen luokitus kuin aineen jako aggregaattitiloihin, ei jokaiseen faasisiirteeseen liity aggregaattitilan muutosta. Kuitenkin mikä tahansa muutos aggregaatiotilassa on vaihemuutos.

Yleisimmin harkittuja faasisiirtymiä ovat ne, joissa lämpötila muuttuu, mutta vakiopaineessa (yleensä 1 ilmakehä). Siksi usein käytetään termejä "piste" (eikä viiva) faasisiirtymä, sulamispiste jne.. Tietysti faasisiirtymä voi tapahtua sekä paineen muutoksella että vakiolämpötilassa ja paineessa, mutta myös komponenttien pitoisuuden muutoksella (esimerkiksi suolakiteiden esiintyminen liuoksessa, joka on saavuttanut kyllästymisen).

klo ensimmäisen asteen vaihemuutos tärkeimmät, ensisijaiset laajat parametrit muuttuvat äkillisesti: ominaistilavuus, varastoidun sisäisen energian määrä, komponenttien pitoisuus jne. Korostetaan: tarkoitamme näiden suureiden äkillistä muutosta lämpötilan, paineen jne. muutoksella, eikä äkillinen muutos ajassa (jälkimmäinen, katso alla oleva kohta Vaihemuutosten dynamiikka).

Yleisimmät esimerkit ensimmäisen tyyppiset vaihesiirtymät:

sulatus ja kiteytys

haihtuminen ja kondensaatio

sublimaatio ja desublimaatio

klo toisen tyyppinen vaihemuutos tiheys ja sisäenergia eivät muutu, joten tällainen vaihemuutos ei välttämättä näy paljaalla silmällä. Hyppy koetaan niiden johdannaisilla lämpötilan ja paineen suhteen: lämpökapasiteetti, lämpölaajenemiskerroin, erilaiset herkkyydet jne.

Toisenlaisia ​​vaihesiirtymiä esiintyy niissä tapauksissa, joissa aineen rakenteen symmetria muuttuu (symmetria voi kadota tai pienentyä kokonaan). Kuvaus toisen asteen vaihemuutoksesta symmetrian muutoksen seurauksena on Landaun teoria. Tällä hetkellä on tapana puhua ei symmetrian muutoksesta, vaan ulkonäöstä siirtymäpisteessä tilausparametri, joka on yhtä suuri kuin nolla vähemmän järjestetyssä vaiheessa ja muuttuu nollasta (siirtymäpisteessä) nollasta poikkeaviin arvoihin järjestetymmässä vaiheessa.

Yleisimmät esimerkit toisen asteen vaihesiirroista ovat:

järjestelmän kulku kriittisen pisteen läpi

paramagneetti-ferromagneetti tai paramagneetti-antiferromagneetti (järjestysparametri - magnetointi)

metallien ja metalliseosten siirtyminen suprajohtavuustilaan (järjestysparametri on suprajohtavan kondensaatin tiheys)

nestemäisen heliumin siirtyminen supernestetilaan (pp - supernestekomponentin tiheys)

amorfisten materiaalien siirtyminen lasimaiseen tilaan

Nykyaikainen fysiikka tutkii myös järjestelmiä, joissa on kolmannen tai korkeamman asteen vaihesiirrot.

Viime aikoina kvanttifaasisiirtymän käsite on yleistynyt, ts. faasisiirtymä, jota ei ohjaa klassiset lämpövaihtelut, vaan kvanttivaihtelut, jotka ovat olemassa jopa absoluuttisessa nollalämpötiloissa, joissa klassista faasisiirtymää ei voida toteuttaa Nernstin lauseen vuoksi.

©2015-2019 sivusto
Kaikki oikeudet kuuluvat niiden tekijöille. Tämä sivusto ei vaadi tekijää, mutta tarjoaa ilmaisen käytön.
Sivun luomispäivämäärä: 2016-02-12

Vaiheen siirtymät, aineen siirtymät faasista toiseen termodynaamista tasapainoa kuvaavien tilaparametrien muutoksella. Lämpötila-arvoa tai jotain muuta fysikaalista suuruutta, jossa faasisiirtymät tapahtuvat yksikomponenttisessa järjestelmässä, kutsutaan siirtymäpisteeksi. Ensimmäisen tyyppisten vaihemuutosten aikana G:n ensimmäisten derivaattojen ilmaisemat ominaisuudet paineen suhteen R, t-re T ja muut parametrit, muuttuvat äkillisesti näiden parametrien jatkuvan muutoksen myötä. Tässä tapauksessa siirtymälämpö vapautuu tai imeytyy. Yksikomponenttisessa järjestelmässä siirtymälämpötila T1 paineeseen liittyen R 1 Clausius-Clapeyron yhtälö dp 1 /dT 1 ==QIT 1 D V, missä K- siirtymälämpö, ​​D V- äänenvoimakkuuden hyppy. Ensimmäisen tyyppisille faasisiirtymille on tunnusomaista hystereesi-ilmiöt (esimerkiksi yhden faasin ylikuumeneminen tai alijäähtyminen), jotka ovat välttämättömiä toisen vaiheen ytimien muodostumiselle ja faasisiirtymien tapahtumiselle rajallisella nopeudella. Stabiilien ytimien puuttuessa tulistettu (ylijäähdytetty) faasi on metastabiilin tasapainon tilassa. Sama faasi voi esiintyä (vaikkakin metastabiilisti) siirtymäkohdan molemmilla puolilla (kiteisiä faaseja ei kuitenkaan voida kuumentaa lämpötilan tai sublimoinnin yläpuolelle). Kohdassa F. p. Olen tavallaan Gibbsin energiaa G funktiona on jatkuva, ja molemmat faasit voivat esiintyä rinnakkain mielivaltaisen pitkän ajan, eli tapahtuu ns. faasierottelu (esimerkiksi molempien tai ja järjestelmän tietyn kokonaistilavuuden rinnakkaiselo).

Ensimmäisen tyyppiset vaihemuutokset ovat luonnossa laajalle levinneitä ilmiöitä. Näitä ovat sekä kaasusta nestefaasiin, sulaminen ja jähmettyminen, että (desublimaatio) kaasusta kiinteään faasiin, useimmat polymorfiset muutokset, jotkut rakenteelliset siirtymät kiinteissä aineissa, esimerkiksi martensiitin muodostuminen -. Puhtaissa riittävän voimakas magneettikenttä aiheuttaa ensimmäisen asteen vaihesiirtymiä suprajohtavuudesta normaalitilaan.

Toisen tyyppisissä vaihemuutoksissa itse määrä G ja ensimmäiset johdannaiset G päällä T, s ja muut tilojen parametrit muuttuvat jatkuvasti, ja toiset derivaatat (vastaavasti kerroin ja lämpölaajeneminen) jatkuvalla parametrien muutoksella muuttuvat äkillisesti tai ovat yksittäisiä. Lämpöä ei vapaudu eikä imeydy, hystereesi-ilmiöt ja metastabiilit tilat puuttuvat. Toisen tyyppisiä faasisiirtymiä, joita havaitaan lämpötilan muutoksen yhteydessä, ovat esimerkiksi siirtymät paramagneettisesta (häiriöisestä) tilasta magneettisesti järjestettyyn tilaan (ferro- ja ferrimagneettinen antiferromagneettisessa kohdassa Neel-pisteessä) spontaanin magnetisoitumisen ilmentyessä (vastaavasti koko hilassa tai jokaisessa magneettisessa alihilassa); siirtymä - spontaanin tulon myötä. järjestetyn tilan esiintyminen kiinteissä aineissa (seosten järjestämisessä); smektisten nestekiteiden siirtyminen nemaattiseen faasiin, johon liittyy epänormaali lämpökapasiteetin kasvu, sekä siirtymät eri smektisten faasien välillä; l - siirtyminen 4 He:ään, johon liittyy poikkeuksellisen korkean ja superfluiditeetin ilmaantuminen. Siirtyminen suprajohtavaan tilaan magneettikentän puuttuessa.

Vaihesiirtymät voivat liittyä paineen muutokseen. Monet aineet alhaisissa paineissa kiteytyvät löyhästi pakatuiksi rakenteiksi. Esimerkiksi rakenne on sarja kerroksia, jotka ovat kaukana toisistaan. Riittävän korkeissa paineissa Gibbs-energian suuret arvot vastaavat tällaisia ​​löysä rakenteita, kun taas tasapainotiiviit tiiviit faasit vastaavat pienempiä arvoja. Siksi grafiitti muuttuu korkeissa paineissa timantiksi. Kvantti 4 He ja 3 He pysyvät nesteenä normaalipaineessa alimpaan lämpötilaan, joka saavutetaan lähellä absoluuttista nollaa. Syynä tähän on niiden "nollavärähtelyjen" heikko vuorovaikutus ja suuri amplitudi (suuri todennäköisyys kvanttitunnelointiin kiinteästä paikasta toiseen). Nousu saa kuitenkin nestemäisen heliumin kiinteytymään; esimerkiksi 4 He 2,5 MPa:ssa muodostaa heksageenin, tiiviisti pakatun hilan.

L. D. Landau ehdotti toisen tyyppisten vaihemuutosten yleistä tulkintaa vuonna 1937. Siirtymäpisteen yläpuolella järjestelmällä on pääsääntöisesti suurempi symmetria kuin siirtymäkohdan alapuolella, joten toisen asteen vaihesiirtymät tulkitaan symmetrian muutospiste. Esimerkiksi Curie-pisteen yläpuolella olevassa ferromagneetissa hiukkasten spinmagneettisten momenttien suunnat jakautuvat satunnaisesti, joten kaikkien spinien samanaikainen pyöriminen saman akselin ympäri saman kulman verran ei muuta fysikaalista. järjestelmän ominaisuudet. Siirtymäpisteiden alapuolella spinit ovat etusijalla, ja niiden nivelkierto edellä esitetyssä mielessä muuttaa järjestelmän magneettisen momentin suuntaa. Kaksikomponenttisessa lejeeringissä, jonka atomit A ja B sijaitsevat yksinkertaisen kuutiokiteisen hilan kohdissa, epäjärjestyneelle tilalle on ominaista A:n ja B:n kaoottinen jakautuminen hilapaikkojen yli, jolloin hila siirtyy yksi jakso ei muuta ominaisuuksia. Siirtymäkohdan alapuolelle lejeeringin atomit on järjestetty: ...ABAB... Tällaisen hilan siirtymä jaksolla johtaa kaiken A:n korvaamiseen B:llä ja päinvastoin. Siten hilan symmetria pienenee, koska atomien A ja B muodostamista alihiloista tulee epäekvivalentteja.

Symmetria ilmestyy ja katoaa äkillisesti; tässä tapauksessa symmetrian rikkominen voidaan luonnehtia fysikaalisella. määrä, joka toisen tyyppisten vaihemuutosten aikana muuttuu jatkuvasti ja jota kutsutaan. tilausparametri. Puhtaille nesteille tällainen parametri on tiheys, liuoksilla - koostumus, ferro- ja ferrimagneeteilla - spontaani magnetointi, ferrosähköisillä - spontaani sähköinen polarisaatio, seoksilla - tilattujen osuus smektisille nestekiteille - tiheyden amplitudi aalto jne. Kaikissa edellä mainituissa tapauksissa lämpötiloissa, jotka ovat toisen tyyppisten vaihemuutospisteiden yläpuolella, järjestysparametri on yhtä suuri kuin nolla, tämän pisteen alapuolella alkaa sen poikkeava kasvu, mikä johtaa max. arvo T = O.

Siirtymälämmön, tiheyshyppyjen ja pitoisuuksien puuttuminen, mikä on ominaista toisen asteen faasisiirtymille, havaitaan myös ensimmäisen kertaluvun faasisiirtymien käyrien kriittisessä pisteessä. Samankaltaisuus on erittäin syvä. Aineen tilaa lähellä kriittistä pistettä voidaan luonnehtia myös suurella, joka toimii järjestysparametrin roolissa. Esimerkiksi neste-höyry-tasapainon tapauksessa tällainen parametri on aineen tiheyden poikkeama kriittisestä arvosta: liikkuessaan kriittistä isokooria pitkin korkeiden lämpötilojen puolelta kaasu on homogeeninen ja tiheyden poikkeama kriittinen arvo on nolla, ja kriittisen lämpötilan alapuolella aine erottuu kahteen faasiin, joissa kummassakaan tiheyden poikkeama kriittisestä arvosta ei ole nolla.

Koska vaiheet eroavat vähän toisistaan ​​lähellä toisen kertaluvun vaihemuutoskohtaa, järjestysparametrin vaihtelut ovat mahdollisia, aivan yhtä lähellä kriittistä pistettä. Tähän liittyvät kriittiset ilmiöt toisen tyyppisten faasisiirtymien kohdissa: ferromagneettien magneettisen herkkyyden ja ferrosähköisten dielektrisen herkkyyden epänormaali kasvu (analogi on kasvu lähellä nestehöyry-siirtymän kriittistä pistettä); lämpökapasiteetin voimakas kasvu; valoaaltojen epänormaali sironta nestehöyryjärjestelmässä (ns. kriittinen opalenssi), röntgensäteily kiinteissä aineissa, neutronit ferromagneeteissa. Myös dynaamiset prosessit muuttuvat merkittävästi, mikä liittyy tuloksena olevien heilahtelujen hyvin hitaaseen häviämiseen. Esimerkiksi lähellä nestehöyryn kriittistä pistettä valon Rayleigh-sirontaviiva kapenee, Curie- ja Neel-pisteiden lähellä ferromagneeteissa ja antiferromagneeteissa spindiffuusio hidastuu (ylimääräisen magnetisoitumisen eteneminen tapahtuu lakien mukaan. diffuusio). Heilahtelun keskimääräinen koko (korrelaatiosäde) kasvaa lähestyessämme toisen asteen vaihesiirtymien pistettä ja tulee tässä vaiheessa poikkeuksellisen suureksi. Tämä tarkoittaa, että mikä tahansa aineen osa siirtymäkohdassa "tuntuu" muissa osissa tapahtuneet muutokset. Päinvastoin, kaukana toisen tyyppisestä siirtymäpisteestä, vaihtelut ovat tilastollisesti riippumattomia ja satunnaiset tilan muutokset tietyssä järjestelmän osassa eivät vaikuta sen muiden osien ominaisuuksiin.

P, t-re T ja muut parametrit muuttuvat äkillisesti näiden parametrien jatkuvan muutoksen myötä. Tässä tapauksessa siirtymälämpö vapautuu tai imeytyy. Yksikomponenttisessa järjestelmässä siirtymälämpötila T 1 on suhteessa p 1 Clapeyron - Clausius yhtälöön dp 1 /dT 1 = QIT 1 DV, missä Q on siirtymälämpö, ​​DV on tilavuushyppy. Ensimmäisen tyyppisille faasisiirtymille on tunnusomaista hystereesi-ilmiöt (esimerkiksi yhden faasin ylikuumeneminen tai alijäähtyminen), jotka ovat välttämättömiä toisen vaiheen ytimien muodostumiselle ja faasisiirtymien virtaukselle rajallisella nopeudella. Stabiilien ytimien puuttuessa tulistettu (ylijäähdytetty) faasi on metastabiilissa tilassa (katso ). Sama faasi voi esiintyä (tosin metastabiilisti) siirtymäkohdan molemmilla puolilla (kiteisiä faaseja ei kuitenkaan voida ylikuumentua lämpötilan tai ). Pisteessä vaihesiirrot Minäkin G funktiona on jatkuva (katso kuva Art.) ja molemmat vaiheet voivat esiintyä rinnakkain mielivaltaisen pitkän ajan, eli on ns. faasierottelu (esimerkiksi sekä sen tai että tietyn järjestelmän kokonaistilavuuden rinnakkaiselo).

F Ensimmäisen tyyppiset atomisiirtymät ovat luonnossa laajalle levinneitä ilmiöitä. Näitä ovat sekä kaasusta nestefaasiin että kiinteytymiseen ja (desublimaatioon) kaasusta kiinteään faasiin, useimmat polymorfiset muutokset, joitain rakenteellisia siirtymiä, esimerkiksi martensiitin muodostuminen -. Riittävän vahvassa magneetissa. kenttä aiheuttaa ensimmäisen tyyppisiä vaihemuutoksia suprajohtavuudesta normaalitilaan.

Toisen tyyppisten vaihemuutosten aikana itse G:n arvo ja G:n ensimmäiset derivaatat suhteessa T:hen, p:hen jne. muuttuvat jatkuvasti ja toiset derivaatat (vastaavasti kerroin ja lämpölaajeneminen) muuttuvat äkillisesti tai ovat singulaarisia. jatkuva parametrien muutos. Lämpöä ei vapaudu eikä imeydy, hystereesi-ilmiöt ja metastabiilit tilat puuttuvat. Vastaanottaja vaihesiirrot Tyyppi II, joka havaitaan lämpötilan muutoksella, sisältää esimerkiksi siirtymät paramagneettisesta (häiriötilasta) magneettisesti järjestykseen (ferro- ja ferrimagneettinen sisään, antiferromagneettinen sisään) spontaanin magnetisoitumisen ilmaantuessa (vastaavasti koko hilassa tai jokaisessa magneettisessa alihilassa); siirtyminen - spontaanin ilmaantumisen myötä; järjestetyn tilan syntyminen (järjestyksessä); smektinen siirtymä. nemaattisessa vaihe, johon liittyy epänormaali kasvu, sekä siirtymät hajoamisen välillä. smektinen vaiheet; l -siirtymä arvoon 4 He, johon liittyy poikkeuksellisen korkean ja superfluiditeetin ilmaantuminen (katso); siirtyminen suprajohtavaan tilaan magneetin puuttuessa. kentät.

Vaiheen siirtymät voi liittyä muutokseen. Monet aineet pieninä kiteytyvät löyhästi pakatuiksi rakenteiksi. Esimerkiksi rakenne on sarja kerroksia, jotka ovat kaukana toisistaan. Riittävän korkeilla arvoilla suuret arvot vastaavat tällaisia ​​löysä rakenteita, ja tasapainon tiiviisti pakatut faasit vastaavat pienempiä arvoja. Siksi se menee yleisesti . Kvantti 4 He ja 3 He pysyvät normaaleissa olosuhteissa nestemäisinä alimpaan saavutetusta t-p:stä, joka on lähellä abs. nolla. Syynä tähän on heikko vuorovaikutus. ja niiden "nollavärähtelyjen" suuri amplitudi (suuri todennäköisyys kvanttitunnelointiin yhdestä kiinteästä paikasta toiseen). Nousu saa kuitenkin nesteen kiinteytymään; esimerkiksi 4 He 2,5 MPa:ssa muodostaa heksageenin, tiiviisti pakatun hilan.

Yleinen tulkinta vaihesiirrot Tyypin II ehdotti L. D. Landau vuonna 1937. Siirtymäpisteen yläpuolella järjestelmällä on pääsääntöisesti korkeampi siirtymäpiste kuin siirtymäkohdan alapuolella, joten toisen tyyppinen vaihemuutos tulkitaan muutospisteeksi. Esimerkiksi spin-magnin korkeampaan suuntaan. Hiukkasten momentit jakautuvat satunnaisesti, joten kaikkien samanaikainen pyöriminen saman akselin ympäri saman kulman verran ei muuta fysikaalista. St. järjestelmässä. Alla olevilla siirtymäpisteillä on etuja. orientaatio, ja niiden nivelen pyöriminen edellä mainitussa mielessä muuttaa magneetin suuntaa. järjestelmän hetki. Kaksikomponenttisessa to-rogo A ja B sijaitsevat yksinkertaisen kuution solmuissa. kiteinen hila, epäjärjestynyt tila on ominaista kaoottiseksi. A:n ja B:n jakautuminen hilasolmujen yli siten, että hilan siirtymä yhden jakson verran ei muuta r.v. Alla siirtymäpisteet on järjestetty järjestykseen: ...ABAB... Tällaisen hilan siirtyminen jaksolla johtaa kaiken A:n korvaamiseen B:llä ja päinvastoin. T. arr., hila pienenee, koska A:n ja B:n muodostamat osahilat muuttuvat epäekvivalentiksi.

Ilmestyy ja katoaa äkillisesti; samaan aikaan rikkomus voidaan luonnehtia fyysiseksi. arvo, taivaaseen toisen tyyppisten vaihesiirtojen aikana muuttuu jatkuvasti ja sitä kutsutaan. tilausparametri. Puhtaalla tällainen parametri on tiheys, liuoksille - koostumus, ferro- ja - spontaanille magnetoinnille, ferrosähköisille - spontaani sähkö. , for - tilattujen smecticin osuus. - tiheysaallon amplitudi jne. Kaikissa yllä mainituissa tapauksissa t-rah:ssa toisen tyyppisten vaihemuutospisteiden yläpuolella järjestysparametri on yhtä suuri kuin nolla, tämän pisteen alapuolella alkaa sen poikkeava kasvu, mikä johtaa max. . arvo T = O.

Siirtymälämmön, tiheyshyppyjen ja , joka on ominaista toisen asteen vaihesiirtymille, puuttuminen havaitaan myös kriittisissä tilanteissa. piste ensimmäisen tyyppisten vaihemuutosten käyrillä (katso ). Samankaltaisuus on erittäin syvä. Ilmoita kriittisestä. Pisteitä voidaan myös luonnehtia määrällä, joka toimii tilausparametrina. Esimerkiksi - tapauksessa tällainen parametri on tiheyden in-va poikkeama kriittisestä. arvot: siirryttäessä kriittistä isokori korkean tr:n puolelta on homogeeninen ja tiheyspoikkeama kriittisestä. arvo on nolla ja kriittisen alapuolella. t-ry in-in kerrostuu kahteen vaiheeseen, joissa kummassakaan tiheyden poikkeama kriittisestä ei ole nolla.

Koska vaiheet eroavat vähän toisistaan ​​lähellä toisen tyyppistä vaihemuutospistettä, järjestysparametrin vaihteluiden olemassaolo on mahdollista, samoin kuin kriittisen lähellä. pisteitä. Kriittinen liittyy tähän. ilmiöt toisen tyyppisten vaihesiirtymien kohdissa: poikkeava kasvu magn. herkkyys ja dielektrisyys. herkkyys (analogi on kasvu lähellä kriittistä siirtymäkohtaa - ); jyrkkä nousu; valoaaltojen epänormaali sironta järjestelmässä

Vaiheen siirtymät

VAIHESIIRTYMÄT (faasimuunnokset), aineen siirtymät faasista toiseen, jotka tapahtuvat lämpötilan, paineen tai muiden ulkoisten tekijöiden (esimerkiksi magneetti- tai sähkökenttien) vaikutuksesta. Vaiheenmuutoksia, joihin liittyy hyppymäinen muutos aineen tiheyden ja entropiassa, kutsutaan 1. tyypin faasisiirtymäksi; Näihin kuuluu haihtuminen sulaminen, tiivistyminen, kiteytys. Tällaisten vaihemuutosten aikana lämpöä vaihesiirrot. 2. tyypin vaihesiirtymät tiheys ja aineen entropia muuttuu jatkuvasti siirtymäkohdassa, aterminen kapasiteetti, puristuvuus ja muut vastaavat suureet kokevat hypyn. Yleensä tämä muuttuu ja vastaavasti symmetria vaihe (esimerkiksi magneettinen vaihesiirtymien aikana paramagneettisesta ferromagneettiseen tilaan Curie-pisteessä).

Vaihesiirtymätensimmäinenkiltti vaihe siirtymät, jonka ensimmäiset derivaatat muuttuvat äkillisesti termodynaaminen mahdollisuudet päällä intensiiviset parametrit järjestelmä (lämpötila tai paine). Ensimmäisen tyyppiset siirtymät toteutuvat sekä järjestelmän siirtyessä yhdestä aggregaatiotilasta toiseen että yhden aggregaatiotilan rajoissa (toisin kuin vaihe siirtymät toinen kiltti jotka esiintyvät yhdessä aggregaatiotilassa).

Esimerkkejä ensimmäisen asteen vaihesiirroista

järjestelmän siirtyessä yhdestä aggregaatiotilasta toiseen: kiteytys(nestefaasimuutos kiinteäksi), sulaminen(kiinteän faasin siirtyminen nesteeksi), tiivistyminen(kaasufaasin siirtyminen kiinteäksi tai nestemäiseksi), sublimaatio(kiinteän faasin siirtyminen kaasumaiseksi), eutektinen, peritektiset imonotektiset muunnokset.

yhdessä aggregaatiotilassa: eutektiset, peritektiset ja polymorfiset muunnokset, ylikyllästettyjen kiinteiden liuosten hajoaminen, nestemäisten liuosten hajoaminen (kerrostuminen), kiinteiden liuosten järjestyminen.

Joskus ensimmäisen asteen vaihesiirtymiä kutsutaan myös nimellä martensiittiset muutokset(ehdollisesti, koska martensiittisen muunnoksen sisäänkäynnissä tapahtuu siirtyminen vakaaseen, mutta epätasapainoiseen tilaan - metastabiili tila).

Vaihesiirtymättoinenkiltti-vaihe siirtymät, jonka ensimmäiset johdannaiset termodynaaminen mahdollisuudet paine ja lämpötila muuttuvat jatkuvasti, kun taas niiden toiset derivaatat kokevat hyppyn. Siitä seuraa erityisesti energiaa ja aineen tilavuus eivät muutu toisen asteen faasisiirtymän aikana, vaan sen lämpökapasiteetti, puristuvuus, erilaiset herkkyydet jne.

FP (Wiki)

Vaiheen siirtyminen(faasimuunnos) termodynamiikassa - aineen siirtyminen termodynaamisesta faasista toiseen, kun ulkoiset olosuhteet muuttuvat. Järjestelmän liikkeen kannalta vaihekaaviota pitkin sen intensiivisten parametrien (lämpötila, paine jne.) muutoksilla tapahtuu vaihemuutos, kun järjestelmä ylittää kaksi vaihetta erottavan linjan. Koska eri termodynaamisia faaseja kuvataan eri tilayhtälöillä, on aina mahdollista löytää suure, joka muuttuu äkillisesti faasisiirtymän aikana.

Koska jako termodynaamisiin faaseihin on pienempi tilojen luokitus kuin aineen jako aggregaattitiloihin, ei jokaiseen faasisiirteeseen liity aggregaattitilan muutosta. Kuitenkin mikä tahansa muutos aggregaatiotilassa on vaihemuutos.

Yleisimmin harkittuja faasisiirtymiä ovat ne, joissa lämpötila muuttuu, mutta vakiopaineessa (yleensä 1 ilmakehä). Siksi usein käytetään termejä "piste" (eikä viiva) faasisiirtymä, sulamispiste jne.. Tietysti faasisiirtymä voi tapahtua sekä paineen muutoksella että vakiolämpötilassa ja paineessa, mutta myös komponenttien pitoisuuden muutoksella (esimerkiksi suolakiteiden esiintyminen liuoksessa, joka on saavuttanut kyllästymisen).

Vaihemuutosten luokittelu

klo ensimmäisen asteen vaihemuutos tärkeimmät, ensisijaiset laajat parametrit muuttuvat äkillisesti: ominaistilavuus, varastoidun sisäisen energian määrä, komponenttien pitoisuus jne. Korostamme: tarkoitamme näiden suureiden äkillistä muutosta lämpötilan, paineen jne. muutoksilla, ja ei äkillinen muutos ajassa (jälkimmäinen, katso alla oleva kohta Vaihemuutosten dynamiikka).

Yleisimmät esimerkit ensimmäisen tyyppiset vaihesiirtymät:

sulatus ja kiteytys

haihtuminen ja kondensaatio

sublimaatio ja desublimaatio

klo toisen tyyppinen vaihemuutos tiheys ja sisäenergia eivät muutu, joten tällainen vaihemuutos ei välttämättä näy paljaalla silmällä. Hyppy koetaan niiden johdannaisilla lämpötilan ja paineen suhteen: lämpökapasiteetti, lämpölaajenemiskerroin, erilaiset herkkyydet jne.

Toisenlaisia ​​vaihesiirtymiä esiintyy niissä tapauksissa, joissa aineen rakenteen symmetria muuttuu (symmetria voi kadota tai pienentyä kokonaan). Kuvaus toisen asteen vaihemuutoksesta symmetrian muutoksen seurauksena on Landaun teoria. Tällä hetkellä on tapana puhua ei symmetrian muutoksesta, vaan ulkonäöstä siirtymäpisteessä tilausparametri, joka on yhtä suuri kuin nolla vähemmän järjestetyssä vaiheessa ja muuttuu nollasta (siirtymäpisteessä) nollasta poikkeaviin arvoihin järjestetymmässä vaiheessa.

Yleisimmät esimerkit toisen asteen vaihesiirroista ovat:

järjestelmän kulku kriittisen pisteen läpi

paramagneetti-ferromagneetti tai paramagneetti-antiferromagneetti -siirtymä (järjestysparametri - magnetointi)

metallien ja metalliseosten siirtyminen suprajohtavuustilaan (järjestysparametri on suprajohtavan kondensaatin tiheys)

nestemäisen heliumin siirtyminen supernestetilaan (pp - supernestekomponentin tiheys)

amorfisten materiaalien siirtyminen lasimaiseen tilaan

Yli toista kertaluokkaa olevien vaihesiirtymien olemassaoloa ei ole vielä kokeellisesti vahvistettu.

Viime aikoina on yleistynyt käsite kvanttifaasisiirtymä, toisin sanoen faasisiirtymä, jota ei ohjaa klassiset lämpövaihtelut, vaan kvanttivaihtelut, jotka ovat olemassa jopa absoluuttisessa nollalämpötiloissa, joissa klassista faasisiirtymää ei voida toteuttaa johtuen Nernstin lause.

Vaihemuutosten dynamiikka

Kuten edellä mainittiin, aineen ominaisuuksien hyppy tarkoittaa hyppyä lämpötilan ja paineen muutoksella. Todellisuudessa järjestelmään vaikuttaessa emme muuta näitä suureita, vaan sen tilavuutta ja sen sisäistä kokonaisenergiaa. Tämä muutos tapahtuu aina jollain äärellisellä nopeudella, mikä tarkoittaa, että "peittääksemme" koko aukon tiheydessä tai ominaisenergiassa tarvitsemme jonkin verran rajallista aikaa. Tänä aikana faasimuutos ei tapahdu välittömästi koko aineen tilavuudessa, vaan vähitellen. Tässä tapauksessa ensimmäisen asteen vaihemuutoksessa vapautuu (tai otetaan pois) tietty määrä energiaa, joka on ns. vaihemuutoksen lämpö. Jotta vaihemuutos ei pysähdy, on tätä lämpöä jatkuvasti poistettava (tai syötettävä) tai kompensoitava sitä tekemällä töitä järjestelmässä.

Seurauksena on, että tänä aikana järjestelmää kuvaava vaihekaavion piste "jäätyy" (eli paine ja lämpötila pysyvät vakioina), kunnes prosessi on valmis.

Vaiheen ja vaihesiirtymän käsitteet. Ensimmäisen ja toisen tyypin vaihesiirtymät

Vaiheet- nämä ovat erilaisia ​​homogeenisia fysikaalis-kemiallisten järjestelmien osia. Aine on homogeeninen, kun aineen tilan kaikki parametrit ovat samat kaikissa sen alkuainetilavuuksissa, joiden mitat ovat suuret verrattuna atomien välisiin tiloihin. Eri kaasujen seokset muodostavat aina yhden faasin, jos ne ovat samassa pitoisuudessa koko tilavuudessa. Sama aine voi ulkoisista olosuhteista riippuen olla jossakin kolmesta aggregaatiotilasta - nestemäinen, kiinteä tai kaasumainen. Vaiheet ovat tietyn aggregaatiotilan stabiileja tiloja. Vaiheen käsite on laajempi kuin kokonaistilan käsite.

Ulkoisista olosuhteista riippuen järjestelmä voi olla tasapainossa joko yhdessä vaiheessa tai useissa vaiheissa kerralla. Niiden tasapaino olemassaoloa kutsutaan vaihetasapaino.

Haihtuminen ja tiivistyminen - usein havaittuja veden faasimuutoksia luonnossa. Kun vesi siirtyy höyryksi, tapahtuu ensin haihtuminen - nesteen pintakerroksen siirtyminen höyryksi, kun taas vain nopeimmat molekyylit siirtyvät höyryksi: niiden on voitettava ympäröivien molekyylien vetovoima, joten niiden keskimääräinen kineettinen energia ja vastaavasti nesteen lämpötila laskee. Havaittu jokapäiväisessä elämässä ja käänteinen prosessi - kondensaatio. Molemmat prosessit riippuvat ulkoisista olosuhteista. Joissakin tapauksissa niiden välille muodostuu dynaaminen tasapaino, kun nesteestä poistuvien molekyylien määrä tulee yhtä suureksi kuin siihen palaavien molekyylien määrä. Nesteessä olevia molekyylejä sitovat houkuttelevat voimat, jotka pitävät ne nesteessä. Jos molekyylejä, joiden nopeus ylittää keskiarvon, on lähellä pintaa, ne voivat poistua siitä. Sitten jäljellä olevien molekyylien keskinopeus laskee ja nesteen lämpötila laskee. Vakiolämpötilassa tapahtuvaa haihdutusta varten nesteeseen on annettava tietty määrä lämpöä: K= rt, missä r on höyrystymislämpö, ​​joka pienenee lämpötilan noustessa. Huoneenlämpötilassa yhden vesimolekyylin höyrystymislämpö on 10 -20 J, kun taas lämpöliikkeen keskimääräinen energia on 6,06 10 -21 J. Tämä tarkoittaa, että

molekyylejä, joiden energia on 10 kertaa lämpöliikkeen energia. Kulkiessaan nestepinnan läpi nopean molekyylin potentiaalienergia kasvaa, kun taas kineettinen energia pienenee. Siksi höyryn ja nesteen molekyylien keskimääräiset kineettiset energiat termisessä tasapainossa ovat yhtä suuret.

Kyllästetty höyry - se on nesteensä kanssa dynaamisessa tasapainossa oleva höyry, joka vastaa tiettyä lämpötilaa. Kokemus osoittaa, että se ei noudata Boyle-Mariotte-lakia, koska sen paine ei riipu tilavuudesta. Tyydyttyneen höyryn paine on korkein paine, joka höyryllä voi olla tietyssä lämpötilassa. Veden haihtumis- ja tiivistymisprosessit aiheuttavat monimutkaisia ​​vuorovaikutuksia ilmakehän ja hydrosfäärin välillä, jotka ovat tärkeitä sään ja ilmaston muodostumiselle. Ilmakehän ja hydrosfäärin välillä tapahtuu jatkuvaa aineen (veden kiertokulku) ja energian vaihtoa.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että Maailman valtameren pinnalta haihtuu vuorokaudessa noin 7 000 km 3 vettä, mikä muodostaa 94 % maapallon hydrosfääristä, ja suunnilleen saman verran putoaa sateen muodossa. Ilman konvektioliikkeen kuljettama vesihöyry nousee ylös ja tulee troposfäärin kylmiin kerroksiin. Nouseessaan höyry kyllästyy yhä enemmän ja tiivistyy sitten muodostaen sadepisaroita. Troposfäärissä höyryn tiivistymisprosessissa vapautuu noin 1,6-10 22 J lämpöä vuorokaudessa, mikä on kymmeniä tuhansia kertoja enemmän kuin ihmiskunnan samana aikana tuottama energia.

Kiehuva- nesteen muuttumisprosessi höyryksi höyryllä täytettyjen kuplien ilmaantumisen seurauksena. Kiehuminen tapahtuu koko tilavuuden ajan. Kuplien repeäminen kiehuvan nesteen pinnalla osoittaa, että niiden höyrynpaine ylittää nesteen pinnan yläpuolella olevan paineen. 100 °C:n lämpötilassa kylläisen höyryn paine on yhtä suuri kuin ilmanpaine nesteen pinnan yläpuolella (näin valittiin tämä asteikon piste). 5 km korkeudessa ilmanpaine on puolet alhaisempi ja vesi kiehuu siellä 82 ° C: ssa ja troposfäärin rajalla (17 km) - noin 65 ° C. Siksi nesteen kiehumispiste vastaa lämpötilaa, jossa sen kylläisen höyryn paine on yhtä suuri kuin ulkoinen paine. Kuun heikko gravitaatiokenttä (painovoiman kiihtyvyys lähellä sen pintaa on vain 1,7 m/s 2) ei pysty pitämään ilmakehää, ja ilmanpaineen puuttuessa neste kiehuu välittömästi pois, joten kuun "meret" ovat vedettömät ja muodostuvat jähmettyneestä lavasta. Samasta syystä Marsin "kanavat" ovat myös vedettömät.

Aine voi olla tasapainossa ja eri vaiheissa. Joten nesteytettäessä kaasua faasitasapainotilassa tilavuus voi olla mikä tahansa, ja siirtymälämpötila liittyy kyllästyshöyryn paineeseen. Vaihetasapainokäyrä voidaan saada projisoimalla tasolle (p, t) siirtymäalueet nestemäiseen tilaan. Analyyttisesti kahden faasin tasapainokäyrä määritetään Clausius-Clapeyron-differentiaaliyhtälön ratkaisusta. Vastaavasti on mahdollista saada sulamis- ja sublimaatiokäyriä, jotka liittyvät yhteen tason pisteeseen (R, D), kolmoispisteessä (ks. kuva 7.1), jossa ne ovat tietyissä suhteissa yhtä suuret

kaikki kolme vaihetta. Veden kolmoispiste vastaa painetta 569,24 Pa ja lämpötilaa -0,0075 °C; hiilidioksidi - 5,18 10 5 Pa ja 56,6 ° C, vastaavasti. Siksi ilmakehän paineessa R, 101,3 kPa, hiilidioksidi voi olla kiinteässä tai kaasumaisessa tilassa. Kriittisessä lämpötilassa nesteen ja höyryn fysikaaliset ominaisuudet muuttuvat samaksi. Kriittisen pisteen yläpuolella olevissa lämpötiloissa aine voi olla vain kaasumaisessa tilassa. Vettä varten - T= 374,2 °С, R= 22,12 MPa; kloorille - 144 °C ja 7,71 MPa, vastaavasti.

Siirtymälämpötilat ovat lämpötiloja, joissa tapahtuu siirtymiä faasista toiseen. Ne riippuvat paineesta, vaikkakin vaihtelevassa määrin: sulamispiste on heikompi, höyrystymis- ja sublimaatiolämpötilat ovat voimakkaampia. Normaalissa ja vakiopaineessa siirtyminen tapahtuu tietyssä lämpötilassa, ja täällä tapahtuu sulamis-, kiehumis- ja sublimaatiopisteitä (tai sublimaatiota).

Aineen siirtymistä kiinteästä tilasta suoraan kaasumaiseen tilaan voidaan havaita esimerkiksi komeettojen pyrstöjen kuorissa. Kun komeetta on kaukana Auringosta, lähes kaikki sen massa on keskittynyt sen ytimeen, jonka koko on 10-12 km. Ydintä ympäröi pieni kaasukuori - tämä on komeetan pää. Aurinkoa lähestyttäessä komeetan ydin ja kuori alkavat lämmetä, sublimoitumisen todennäköisyys kasvaa ja desublimaatio (käänteinen prosessi) vähenee. Komeetan ytimestä karkaavat kaasut kuljettavat pois kiinteitä hiukkasia, komeetan pään tilavuus kasvaa ja muodostuu koostumukseltaan kaasuksi ja pölyksi. Komeetan ytimen paine on hyvin alhainen, joten nestefaasia ei esiinny. Pään mukana kasvaa myös komeetan häntä, joka ulottuu pois Auringosta. Joissakin komeetoissa se saavuttaa satoja miljoonia kilometrejä perihelionissa, mutta komeetan aineen tiheydet ovat mitättömiä. Jokaisella Auringon lähestyessä komeetat menettävät suurimman osan massastaan, yhä enemmän haihtuvia aineita sublimoituu ytimessä ja se murenee vähitellen meteorikappaleiksi, jotka muodostavat meteorisuihkua. Aurinkokunnan 5 miljardin vuoden aikana monet komeetat lopettivat olemassaolonsa tällä tavalla.

Keväällä 1986 Neuvostoliiton automaattiset asemat "Vega-1" ja "Vega-2" lähetettiin avaruuteen tutkimaan Halleyn komeetta, joka kulki 9000 ja 8200 km etäisyydellä siitä, ja NASAn Giotto-asemaa. " - vain 600 km:n etäisyydellä komeetan ytimestä. Ydin oli kooltaan 14 x 7,5 km, väriltään tumma ja lämpötilaltaan noin 400 K. Kun avaruusasemat kulkivat komeetan pään läpi, noin 40 000 kg jäistä ainetta sublimoitui 1 sekunnissa.

Myöhään syksyllä, kun kostean sään jälkeen tulee jyrkkä pakkanen, voidaan havaita puiden oksilla ja langoilla

Kuura on desublimoituja jääkiteitä. Vastaavaa ilmiötä käytetään jäätelön varastoinnissa, kun hiilidioksidia jäähdytetään, kun höyryyn siirtyvät molekyylit kuljettavat energiaa pois. Marsissa hiilidioksidin sublimaatio- ja desublimaatioilmiöt napakorkeissa näyttelevät samaa roolia kuin haihtuminen - kondensaatio ilmakehässä ja Maan hydrosfäärissä.

Lämpökapasiteetti pyrkii nollaan ultramatalissa lämpötiloissa, kuten Nernst totesi. Tästä Planck osoitti, että lähellä absoluuttista nollaa kaikki prosessit etenevät ilman muutosta entropiassa. Einsteinin teoria kiinteiden aineiden lämpökapasiteetista matalissa lämpötiloissa teki mahdolliseksi muotoilla Nernstin tuloksen termodynamiikan kolmanneksi pääsääntönä. Matalissa lämpötiloissa havaittujen aineiden epätavalliset ominaisuudet - superfluiditeetti ja suprajohtavuus - on modernissa teoriassa selitetty makroskooppisina kvanttiefekteinä.

Vaihesiirtymiä on monenlaisia. Vaihemuutoksen aikana lämpötila ei muutu, mutta järjestelmän tilavuus muuttuu.

Ensimmäisen tyyppiset vaihesiirtymät aineen aggregaattitilojen muutoksia kutsutaan, jos: lämpötila on vakio koko siirtymän ajan; järjestelmän äänenvoimakkuus muuttuu; järjestelmän entropia muuttuu. Jotta tällainen faasisiirtymä tapahtuisi, on välttämätöntä antaa tietty määrä lämpöä tietylle ainemassalle, joka vastaa latenttia muunnoslämpöä.

Todellakin, siirryttäessä kondensoituneemmasta faasista pienemmän tiheyden omaavaan faasiin, tietty määrä energiaa on välitettävä lämmön muodossa, joka menee tuhoamaan kidehilan (sulamisen aikana) tai poistamaan nestemolekyylejä toisiaan (höyrystyksen aikana). Muutoksen aikana piilevää lämpöä kuluu koheesiovoimien voittamiseksi, lämpöliikkeen intensiteetti ei muutu, minkä seurauksena lämpötila pysyy vakiona. Tällaisella siirtymällä epäjärjestyksen aste ja siten entropia kasvaa. Jos prosessi etenee päinvastaiseen suuntaan, piilevää lämpöä vapautuu.

Toisen tyyppiset vaihesiirtymät liittyy järjestelmän symmetrian muutokseen: siirtymäkohdan yläpuolella järjestelmällä on yleensä korkeampi symmetria, kuten L. D. Landau osoitti vuonna 1937. Esimerkiksi magneetissa siirtymäkohdan yläpuolella olevat pyörimismomentit ovat satunnaisesti orientoituneita, eikä kaikkien spinien samanaikainen pyöriminen saman akselin ympäri saman kulman läpi muuta järjestelmän ominaisuuksia. Siirtymäpisteiden alapuolella spineillä on jonkin verran etusijalla olevaa suuntausta, ja niiden samanaikainen pyöriminen muuttaa järjestelmän magneettisen momentin suuntaa. Landau esitteli järjestyskertoimen ja laajensi termodynaamista potentiaalia tämän kertoimen potenssien siirtymäpisteessä, jonka perusteella hän rakensi luokituksen kaikista mahdollisista siirtymätyypeistä.

Dov, sekä superfluiditeetin ja suprajohtavuuden ilmiöiden teoria. Tältä pohjalta Landau ja Lifshitz tarkastelivat monia tärkeitä ongelmia - ferroelektrisen siirtymistä paraelektriseksi, ferromagneetin siirtymistä paramagneettiin, äänen absorptiota siirtymäpisteessä, metallien ja metalliseosten siirtymistä suprajohtavaan tilaan jne.

Tilastolliseen mekaniikkaan perustuva järjestelmän termodynaamisten ominaisuuksien laskeminen edellyttää tietyn järjestelmän mallin valintaa, ja mitä monimutkaisempi järjestelmä, sitä yksinkertaisempi mallin tulee olla. E. Ising ehdotti mallia ferromagneetista (1925) ja ratkaisi yksiulotteisen ketjun ongelman ottaen huomioon vuorovaikutuksen lähimpien naapureiden kanssa kaikilla kentillä ja lämpötiloissa. Tällaisten intensiivisen vuorovaikutuksen omaavien hiukkasjärjestelmien matemaattisessa kuvauksessa valitaan yksinkertaistettu malli, jossa tapahtuu vain parityyppistä vuorovaikutusta (tällaista kaksiulotteista mallia kutsutaan Ising-hilaksi). Mutta faasisiirtymiä ei aina laskettu, luultavasti johtuen joistakin huomioimattomista ilmiöistä, jotka ovat yhteisiä monien hiukkasten järjestelmille, eikä itse hiukkasten luonteella (nestehiukkaset tai magneetit) ole väliä. L. Onsager antoi tarkan ratkaisun kaksiulotteiselle Ising-mallille (1944). Hän sijoitti dipolit hilan solmuihin, jotka voivat orientoitua vain kahdella tavalla, ja jokainen tällainen dipoli voi olla vuorovaikutuksessa vain naapurinsa kanssa. Kävi ilmi, että siirtymäpisteessä lämpökapasiteetti menee logaritmisen lain mukaan äärettömyyteen symmetrisesti siirtymäkohdan molemmilla puolilla. Myöhemmin kävi ilmi, että tämä johtopäätös on erittäin tärkeä kaikille toisen asteen vaihesiirroille. Onsagerin työ osoitti, että tilastomekaniikan menetelmä mahdollistaa uusien tulosten saamisen vaihemuunnoksille.

Toisen, kolmannen jne. vaiheen siirtymät. suvut liittyvät niiden termodynaamisen potentiaalin Ф johdannaisten järjestykseen, jotka kokevat äärellisiä muutoksia siirtymäkohdassa. Tällainen vaihemuunnosten luokittelu liittyy teoreettisen fyysikon P. Ehrenfestin työhön. Toisen kertaluvun faasisiirtymän tapauksessa toisen kertaluvun derivaatat kokevat hyppyjä siirtymäpisteessä: lämpökapasiteetti vakiopaineessa C p =, kokoonpuristuvuus , kerroin

lämpölaajenemiskerroin, kun taas per-

kaikki johdannaiset pysyvät jatkuvina. Tämä tarkoittaa, että lämpöä ei vapaudu (absorptio) eikä ominaistilavuus muutu.

Kvanttikenttäteoriaa alettiin käyttää hiukkasjärjestelmien laskennassa vasta 70-luvulla. 20. vuosisata Järjestelmää pidettiin muuttuvan askeleen hilana, joka mahdollisti laskelmien tarkkuuden muuttamisen ja todellisen järjestelmän kuvauksen lähestymisen ja tietokoneen käytön. Amerikkalainen teoreettinen fyysikko C. Wilson sai uutta laskentamenetelmää soveltaessaan laadullisen harppauksen ymmärtäessään järjestelmän symmetrian uudelleenjärjestelyyn liittyviä toisen asteen vaihemuutoksia. Itse asiassa hän yhdisti kvanttimekaniikan tilastoon, ja hänen työnsä sai perustavanlaatuista

henkinen merkitys. Ne soveltuvat polttoprosesseissa ja elektroniikassa sekä kosmisten ilmiöiden ja ydinvuorovaikutusten kuvauksessa. Wilson tutki laajaa kriittisten ilmiöiden luokkaa ja loi yleisen teorian toisen asteen vaihesiirroista.