TRANSITION NG YUGTO, phase transformation, sa isang malawak na kahulugan - ang paglipat ng isang sangkap mula sa isa mga yugto sa isa pa kapag nagbabago ang mga panlabas na kondisyon - temperatura, presyon, magnetic at electric. mga patlang, atbp.; sa makitid na kahulugan - isang biglaang pagbabago sa pisikal. mga katangian na may patuloy na pagbabago sa mga panlabas na parameter. Ang pagkakaiba sa pagitan ng dalawang interpretasyon ng terminong "F. p." makikita mula sa sumusunod na halimbawa. Sa isang makitid na kahulugan, ang paglipat ng isang sangkap mula sa bahagi ng gas patungo sa isang plasma (cf. Plasma) ay hindi isang F. p., dahil ionization unti-unting nangyayari ang gas, ngunit sa malawak na kahulugan ito ay F. p. Sa artikulong ito, ang terminong "F. p." isinasaalang-alang sa isang makitid na kahulugan.

Ang halaga ng temperatura, presyon o k.-l. isa pang pisikal Ang mga dami kung saan nangyayari ang isang phase transition ay tinatawag na transition point.

Mayroong dalawang uri ng F. p. Sa panahon ng F. p. ng unang uri, ang mga naturang thermodynamic na kondisyon ay biglang nagbabago. mga katangian ng isang sangkap, tulad ng density, konsentrasyon ng mga bahagi; sa isang yunit ng masa, ang isang napaka tiyak na dami ng init ay inilabas o hinihigop, na tinatawag na. init ng paglipat. Sa F. p. ng pangalawang uri ng ilang uri ng pisikal. ang isang halaga na katumbas ng zero sa isang bahagi ng transition point ay unti-unting tumataas (mula sa zero) habang lumalayo ka mula sa transition point patungo sa kabilang panig. Sa kasong ito, ang density at konsentrasyon ay patuloy na nagbabago, ang init ay hindi inilabas o hinihigop.

Ang F. p. ay isang kababalaghan na laganap sa kalikasan. Ang mga phenomena ng palabigkasan ng unang uri ay kinabibilangan ng: evaporation at condensation, pagtunaw at solidification, sublimation at condensation sa isang solid phase, at ilang mga structural transition sa solids, halimbawa. edukasyon martensite sa isang bakal-carbon na haluang metal. AT antiferromagnets na may isang axis ng magnetization ng magnetic sublattices Ang isang phase transition ng unang uri ay nangyayari sa isang panlabas na magnetic field na nakadirekta sa kahabaan ng axis. Sa isang tiyak na halaga ng field, ang mga sandali ng magnetic sublattice ay pinaikot patayo sa direksyon ng field (sublattice "overturning" ay nangyayari). Sa mga purong superconductor, ang isang magnetic field ay nag-uudyok ng isang phase transition ng unang uri mula sa superconducting patungo sa normal na estado. .

Sa ganap na zero temperatura at isang nakapirming volume, ang bahagi na may pinakamababang halaga ng enerhiya ay thermodynamically equilibrium. Ang isang phase transition ng unang uri sa kasong ito ay nangyayari sa mga halaga ng presyon at panlabas na mga patlang kung saan ang mga enerhiya ng dalawang magkaibang mga phase ay inihambing. Kung hindi mo ayusin ang volume ng katawan V, at ang presyon R, pagkatapos ay nasa isang termodinamikong estado. equilibrium, ang minimum ay ang Gibbs energy F (o G), at sa transition point sa phase equilibrium mayroong mga phase na may parehong halaga ng F .

Maraming mga sangkap sa mababang presyon ay nag-kristal sa maluwag na nakaimpake na mga istraktura. Halimbawa, mala-kristal hydrogen binubuo ng mga molecule na matatagpuan sa medyo malalaking distansya mula sa isa't isa; istraktura grapayt ay isang serye ng mga patong ng carbon atoms na malayo sa pagitan. Sa sapat na mataas na presyon, ang mga maluwag na istruktura ay tumutugma sa malalaking halaga ng enerhiya ng Gibbs. Ang mas mababang mga halaga ng Ф sa ilalim ng mga kundisyong ito ay tumutugma sa equilibrium na malapit na naka-pack na mga yugto. Samakatuwid, sa mataas na presyon, ang grapayt ay nagiging brilyante, at molekular na mala-kristal. ang hydrogen ay dapat pumunta sa atomic (metal). mga quantum na likido 3 Siya at 4 Siya ay nananatiling likido sa normal na presyon pababa sa pinakamababang temperatura na naabot (T ~ 0.001 K). Ang dahilan nito ay ang mahinang interaksyon ng mga particle at ang malaking amplitude ng kanilang mga oscillations sa temp-pax na malapit sa abs. zero (ang tinatawag na zero oscillations ). Gayunpaman, ang pagtaas ng presyon (hanggang 20 atm sa T = 0 K) ay humahantong sa solidification ng likidong helium. Sa non-zero temp-pax at binigyan ng pressure at temperatura, ang equilibrium phase ay pa rin ang phase na may pinakamababang Gibbs energy (ang pinakamababang enerhiya, kung saan ang gawain ng mga puwersa ng presyon at ang dami ng init na iniulat sa system ay ibinabawas) .

Para sa F. p. ng unang uri, ang pagkakaroon ng isang rehiyon ng metastable equilibrium malapit sa curve ng F. p. ng unang uri ay katangian (halimbawa, ang isang likido ay maaaring painitin sa isang temperatura sa itaas ng boiling point o supercooled sa ibaba ng freezing point). Metastable na estado umiiral sa loob ng mahabang panahon, sa kadahilanang ang pagbuo ng isang bagong yugto na may mas mababang halaga ng F (thermodynamically mas kanais-nais) ay nagsisimula sa paglitaw ng nuclei ng yugtong ito. Ang nakuha sa halaga ng Φ sa panahon ng pagbuo ng isang nucleus ay proporsyonal sa dami nito, at ang pagkawala ay proporsyonal sa ibabaw na lugar (sa halaga enerhiya sa ibabaw). Ang mga nagresultang maliliit na embryo ay tumaas F, at samakatuwid, na may napakalaking posibilidad, sila ay bababa at mawawala. Gayunpaman, ang mga nuclei na umabot sa isang tiyak na kritikal na laki ay lumalaki, at ang buong sangkap ay pumasa sa isang bagong yugto. Ang pagbuo ng embryo ay kritikal. Ang laki ay isang napaka-mahirap na proseso at medyo bihira. Ang posibilidad ng pagbuo ng nuclei ay kritikal. tataas ang laki kung ang substance ay naglalaman ng mga dayuhang macroscopic inclusions. mga sukat (hal., mga particle ng alikabok sa isang likido). malapit na kritikal na punto ang pagkakaiba sa pagitan ng mga yugto ng balanse at pagbaba ng enerhiya sa ibabaw, ang mga nuclei ng malalaking sukat at kakaibang mga hugis ay madaling nabuo, na nakakaapekto sa mga katangian ng sangkap .

Mga halimbawa ng uri ng F. p. II - ang hitsura (sa ibaba ng isang tiyak na temperatura sa bawat kaso) ng isang magnetic moment sa isang magnet sa panahon ng transition paramagnet - ferromagnet, antiferromagnetic na pag-order sa panahon ng transition paramagnet - antiferromagnet, hitsura ng superconductivity sa mga metal at haluang metal, paglitaw ng superfluidity sa 4 He at 3 He, pag-order ng mga haluang metal, hitsura ng kusang (kusang) polariseysyon ng bagay sa panahon ng paglipat ng paraelectric ferroelectric atbp.

L. D. Landau(1937) iminungkahi ang isang pangkalahatang interpretasyon ng lahat ng PT ng pangalawang uri bilang mga punto ng pagbabago sa simetrya: sa itaas ng transition point, ang sistema ay may mas mataas na simetrya kaysa sa ibaba ng transition point. Halimbawa, sa isang magnet sa itaas ng transition point ng direksyon ng elementarya magnetic moments (umiikot) ang mga particle ay random na ipinamamahagi. Samakatuwid, ang sabay-sabay na pag-ikot ng lahat ng mga spin ay hindi nagbabago sa pisikal. ang mga katangian ng sistema. Sa ibaba ng mga punto ng paglipat, ang mga likod ay may kagustuhang oryentasyon. Ang kanilang sabay-sabay na pag-ikot ay nagbabago sa direksyon ng magnetic moment ng system. Isa pang halimbawa: sa isang dalawang bahagi na haluang metal, ang mga atomo nito A at B matatagpuan sa mga node ng isang simpleng kubiko kristal na sala-sala, ang hindi maayos na estado ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang magulong pamamahagi ng mga atomo L at B sa mga site ng sala-sala, upang ang paglipat ng sala-sala sa pamamagitan ng isang panahon ay hindi nagbabago sa mga katangian nito. Sa ibaba ng punto ng paglipat, ang mga atomo ng haluang metal ay iniutos: ...ABAB... Ang paglilipat ng naturang sala-sala sa pamamagitan ng isang panahon ay humahantong sa pagpapalit ng lahat ng mga atom A ng B o kabaliktaran. Bilang resulta ng pagtatatag ng pagkakasunud-sunod sa pag-aayos ng mga atomo, bumababa ang simetrya ng sala-sala.

Ang simetrya mismo ay lilitaw at biglang nawawala. Gayunpaman, maaaring patuloy na magbago ang value na nagpapakilala sa asymmetry (parameter ng order). Para sa isang phase transition ng pangalawang uri, ang parameter ng order ay katumbas ng zero sa itaas ng transition point at sa transition point mismo. Sa katulad na paraan ay kumikilos, halimbawa, ang magnetic moment ng isang ferromagnet, electric. polarization ng isang ferroelectric, density ng superfluid component sa likido 4 He, posibilidad ng pag-detect ng isang atom PERO sa kaukulang site ng kristal. dalawang-sangkap na haluang metal gratings, atbp.

Ang kawalan ng mga jumps sa density, konsentrasyon, at init ng paglipat ay katangian ng phase II ng pangalawang uri. Ngunit eksakto ang parehong larawan ay sinusunod sa kritikal. punto sa kurba F. p. ng unang uri . Napakalalim ng pagkakatulad. Malapit sa kritikal punto, ang estado ng bagay ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng isang dami na gumaganap ng papel ng isang parameter ng order. Halimbawa, sa kaso ng isang kritikal Ang mga punto sa kurba ng balanse ng likido-singaw ay ang paglihis ng density mula sa mean na halaga. Kapag gumagalaw kasama ang kritikal isochore mula sa gilid ng mataas na temperatura, ang gas ay homogenous, at ang halagang ito ay katumbas ng zero. sa ibaba kritikal na temperatura ang sangkap ay naghihiwalay sa dalawang yugto, sa bawat isa kung saan ang paglihis ng density mula sa kritikal ay hindi katumbas ng zero. Dahil ang mga phase ay naiiba nang kaunti sa bawat isa malapit sa punto ng phase II phase, posible na bumuo ng malaking nuclei ng isang phase sa isa pa. (pagbabago-bago), sa parehong paraan tulad ng malapit sa kritikal. puntos. Maraming mga kritisismo ang nauugnay dito. phenomena sa panahon ng F. p. ng pangalawang uri: isang walang katapusang pagtaas sa magnetic susceptibility ng ferromagnets at ang dielectric constant ng ferroelectrics (isang analogue ay ang pagtaas ng compressibility malapit sa kritikal na punto ng liquid-vapor), isang walang katapusang pagtaas sa kapasidad ng init , maanomalyang scattering ng electromagnetic waves [ng liwanag sa likido at singaw , X-ray sa solids], neutrons sa ferromagnets. Malaki rin ang pagbabago ng mga dynamic na phenomena, na nauugnay sa napakabagal na pagsipsip ng mga nagresultang pagbabago. Halimbawa, malapit sa kritikal ang puntong likido-singaw ay nagpapaliit sa linya ng Rayleigh pagkalat ng ilaw, malapit Mga puntos ni Curie ferromagnets at Mga puntos ng Neel antiferromagnets, bumagal ang diffusion ng spin atbp. Cf. laki ng pagbabago (correlation radius) R tataas habang papalapit tayo sa punto ng pangalawang uri F. p. at nagiging walang hanggan malaki sa puntong ito.

Ang mga modernong pagsulong sa teorya ng functional phenomena ng pangalawang uri at kritikal na phenomena ay batay sa pagkakatulad na hypothesis. Ipinapalagay na kung tatanggapin natin R bawat yunit ng haba, at cf. ang halaga ng parameter ng order ng cell na may gilid R- bawat yunit ng pagsukat ng parameter ng pagkakasunud-sunod, kung gayon ang buong pattern ng pagbabagu-bago ay hindi nakasalalay sa kalapitan sa punto ng paglipat, o sa partikular na sangkap. Lahat ng thermodynamic. Ang mga dami ay mga function ng kapangyarihan R. Ang mga exponent ay tinatawag na mga kritikal na sukat (mga indeks). Hindi sila umaasa sa isang partikular na sangkap at tinutukoy lamang ng likas na katangian ng parameter ng order. Halimbawa, ang mga sukat sa Curie point ng isang isotropic na materyal, ang parameter ng pagkakasunud-sunod kung saan ay ang magnetization vector, ay naiiba sa mga sukat sa kritikal. point liquid - singaw o sa Curie point ng uniaxial magnet, kung saan ang order parameter ay isang scalar value.

Malapit sa transition point equation ng estado ay may katangiang anyo ng batas kaukulang estado. Halimbawa, malapit sa kritikal point liquid-vapor ratio (p - p k) / (p f - p g) ay nakasalalay lamang sa (p - p c) / (p f - p g) * K T(dito ang p ay ang density, ang p k ay ang kritikal na density, ang p f ay ang density ng likido, ang p g ay ang density ng gas, R - presyon, p sa - kritikal na presyon, K T - isothermal compressibility), bukod pa rito, ang uri ng pag-asa na may angkop na pagpipilian ng sukat ay pareho para sa lahat ng likido .

Malaking pag-unlad ang nagawa sa teoretikal kritikal na pagkalkula. ang mga sukat at equation ng estado ay naaayon sa pang-eksperimentong data.

Ang karagdagang pag-unlad ng teorya ng FPs ng pangalawang uri ay konektado sa aplikasyon ng mga pamamaraan ng quantum field theory, lalo na ang paraan ng renormalization group. Ang pamamaraang ito ay nagbibigay-daan, sa prinsipyo, na makahanap ng mga kritikal na indeks na may anumang kinakailangang katumpakan.

Ang dibisyon ng mga phase transition sa dalawang uri ay medyo arbitrary, dahil may mga phase transition ng unang uri na may maliit na jumps sa heat capacity at iba pang dami at maliliit na heats ng transition na may mataas na binuo na pagbabago-bago. Ang F.p. ay isang kolektibong kababalaghan na nangyayari sa mahigpit na tinukoy na mga halaga ng temperatura at iba pang mga dami lamang sa isang sistema na mayroong, sa limitasyon, isang arbitraryong malaking bilang ng mga particle.

Lit.: Landau L. D., Lifshits E. M., Statistical Physics, 2nd ed., M., 1964 (Theoretical Physics, vol. 5); Landau L. D., Akhiezer A. I., Lifshits E. M., Kurso ng pangkalahatang pisika. Mechanics at molecular physics, 2nd ed., M., 1969; Bpayt R., Phase transitions, trans. mula sa English, M., 1967;Fisher M., Ang kalikasan ng kritikal na estado, trans. mula sa English, M., 1968; Stanley G., Mga pagbabago sa yugto at kritikal na phenomena, trans. mula sa English, M., 1973; Anisimov M. A., Pag-aaral ng mga kritikal na phenomena sa mga likido, "Mga pagsulong sa mga pisikal na agham", 1974, v. 114, c. 2; Patashinsky A. 3., Pokrovsky V. L., Teorya ng pagbabagu-bago ng mga phase transition, M., 1975; Quantum field theory at physics ng phase transition, trans. mula sa English, M., 1975 (News of fundamental physics, issue 6); Wilson K., Kogut J., Renormalization group at s-expansion, trans. mula sa English, M., 1975 (News of Fundamental Physics, v. 5).

AT. L. Pokrovsky.

Ayon sa mga materyales ng BSE.

Belousova Julia, Koban Anastasia

Inilalarawan ng papel ang mga phase transition ng matter. Phase balanse. Pagtunaw, pagkikristal, pagsingaw, paghalay.

I-download:

Preview:

Upang gamitin ang preview ng mga presentasyon, lumikha ng isang Google account (account) at mag-sign in: https://accounts.google.com

Mga slide caption:

Trabaho ng pananaliksik sa pisika: Mga yugto ng paglipat ng bagay

Plano: Lugar ng bagay at layunin ng trabaho Kaugnayan ng pag-aaral Layunin at layunin ng pag-aaral Pagkilala sa paunang impormasyon tungkol sa mga phase transition Mga uri ng phase transition Phase equilibrium Mga proseso sa mga phase transition Konklusyon

Layunin na lugar Ang Physics ay ang agham ng uniberso, na nagpapahintulot sa atin na isaalang-alang at kilalanin ang proseso sa ating paligid sa lahat ng mga subtleties nito. "Ang pinakamagandang bagay na maaari nating maranasan ay ang hindi maintindihan. Ito ang pinagmumulan ng tunay na sining at agham.” Albert Einstein.

Layunin ng pag-aaral Para sa layunin ng pag-aaral sa lugar na ito, isasaalang-alang natin ang proseso ng phase transition ng matter.

Kaugnayan ng paksa Ang paksang ito ay kawili-wili at may kaugnayan dahil sa mga nakaraang taon, ang malawakang paggamit ng mga phase transition sa iba't ibang larangan ng agham at teknolohiya ay kilala. Maaaring maiugnay ang mga phase transition sa mga pinakapraktikal na paraan ng paglalapat ng mga pisikal na epekto. Ito ay dahil sa katotohanan na ang mga phase transition ay: Kadalasang ginagamit sa mga patent at praktikal na solusyon.

Layunin ng gawain: Pagkilala sa mga pangunahing ideya ng modernong agham tungkol sa iba't ibang uri ng phase equilibrium at tungkol sa mga pisikal na katangian ng mga proseso ng paglipat ng bagay mula sa isang yugto patungo sa isa pa.

Mga Gawain: Pagsasaalang-alang sa konsepto ng phase transition Pagkilala sa mga uri ng phase transition at mga pangunahing katangian Pagsasaalang-alang ng phase equilibrium Pagtatatag ng iba't ibang proseso ng phase transition

Ang konsepto ng phase transition Phase transition, phase transformation, sa isang malawak na kahulugan - ang paglipat ng isang sangkap mula sa isang phase patungo sa isa pa kapag ang mga panlabas na kondisyon ay nagbabago - temperatura, presyon, magnetic at electric field, atbp. Sa isang makitid na kahulugan, ito ay isang biglaang pagbabago sa mga pisikal na katangian na may patuloy na pagbabago sa mga panlabas na parameter.

Mga uri ng phase transition Ang mga phase transition ay nahahati sa mga uri I at II. Ang mga pagbabago sa estado ng pagsasama-sama ng isang substance ay tinatawag na phase transition ng unang uri kung: 1) Ang temperatura ay pare-pareho sa buong transition. 2) Ang dami ng system ay nagbabago. 3) Ang entropy ng system ay nagbabago. Ang mga phase transition ng pangalawang uri ay mga phase transition kung saan ang mga unang derivative ng thermodynamic na potensyal na may paggalang sa presyon at temperatura ay patuloy na nagbabago, habang ang kanilang pangalawang derivative ay nakakaranas ng pagtalon. Ito ay sumusunod, sa partikular, na ang enerhiya at dami ng isang sangkap ay hindi nagbabago sa panahon ng pangalawang-order na yugto ng paglipat, ngunit ang kapasidad ng init, compressibility, iba't ibang mga susceptibilities, atbp., ay nagbabago.

Phase transition diagram na naglalarawan sa una at pangalawang order na mga hangganan ng likido at gas na mga phase

Phase equilibrium Ang kondisyon ng phase equilibrium ay maaaring makuha mula sa theorems ng thermodynamics. Kapag ang isang sistema ay nasa equilibrium, ang mga temperatura at presyon ng lahat ng mga yugto nito ay pareho. Kung sila ay pinananatiling pare-pareho, ang thermodynamic na potensyal ng system ay maaari lamang bumaba. Sa equilibrium, ito ay tumatagal sa isang minimum na halaga. Hayaan ang m 1 ang masa ng una, at ang m 2 ang masa ng ikalawang yugto.  1 at  2 partikular na thermodynamic na potensyal ng matter sa mga phase na ito. Ang thermodynamic potential ng buong system ay kinakatawan bilang Ф \u003d m 1  1 + m 2  2. Kung  1   2, kung gayon ang anumang pagbabago ng phase 1 sa phase 2 ay sinamahan ng pagbaba ng Ф. Ang pagbabagong ito ay mangyari hanggang sa ang buong phase 1 ay pumasa sa isang mas matatag na phase 2. Pagkatapos ang system ay magiging single-phase, at ang thermodynamic potential nito ay aabot sa pinakamababang halaga m  2 . Sa kabaligtaran, kung  1   2, pagkatapos ay ang phase 2 ay magiging phase 1. Sa ilalim lamang ng kondisyon  1 (P, T) =  2 (P, T) (1) Ang mga phase ay magiging equilibrium na may isa't isa. Kaya, ang kondisyon para sa phase equilibrium ay ang pagkakapantay-pantay ng kanilang mga tiyak na potensyal na thermodynamic.

Diagram ng phase equilibrium ng carbon dioxide:

Ang kahulugan ng kondisyon (1) ay para sa anumang pagbabagong bahagi, ang halaga ng tiyak na potensyal na thermodynamic ay nananatiling hindi nagbabago. Kaya, sa lahat ng mga pagbabago sa estado ng bagay, ang tiyak na potensyal na thermodynamic nito ay palaging nagbabago nang tuluy-tuloy

Mga proseso sa mga phase transition Isaalang-alang ang: Evaporation at condensation Pagtunaw at crystallization Pagkulo at sobrang pag-init ng isang likido

Pagsingaw at paghalay Ang paglipat ng isang likido sa isang gas na estado ay tinatawag na pagsingaw, ang paglipat sa isang gas na estado ng isang solid ay tinatawag na sublimation. Ang init na dapat ibigay sa isang yunit ng masa ng isang sangkap upang ito ay maging singaw sa parehong temperatura tulad ng taglay ng sangkap bago ang pagsingaw ay tinatawag na tiyak na init ng pagsingaw. Sa panahon ng paghalay, ang init na ginugol sa panahon ng pagsingaw ay ibinalik: ang likidong nabuo sa panahon ng paghalay ay umiinit. Ang singaw na nasa ekwilibriyo kasama ang likido nito ay sinasabing puspos. Ang presyon kung saan ang ekwilibriyo ay sinusunod ay tinatawag na saturation vapor pressure.

Pagsingaw ng ilang likido Pagsingaw ng ilang uri ng likido sa diagram

Pagtunaw at pagkikristal Ang paglipat ng isang mala-kristal na katawan sa isang likidong estado ay nangyayari sa isang tiyak na temperatura para sa bawat sangkap at nangangailangan ng paggasta ng isang tiyak na halaga ng init, na tinatawag na init ng pagsasanib. Ang punto ng pagkatunaw ay nakasalalay sa presyon. Kaya, ang paglipat mula sa mala-kristal hanggang sa likidong estado ay nangyayari sa ilalim ng medyo tiyak na mga kondisyon, na nailalarawan sa pamamagitan ng mga presyon at temperatura. Ang hanay ng mga halagang ito ay tumutugma sa curve sa diagram (p, T), na karaniwang tinatawag na melting curve

Ang reverse melting process ng crystallization ay nagpapatuloy tulad ng sumusunod. Kapag ang likido ay pinalamig sa isang temperatura kung saan ang solid at likidong mga phase ay maaaring nasa equilibrium sa isang partikular na presyon (ibig sabihin, sa parehong temperatura kung saan natunaw ang pagkatunaw), ang mga kristal ay nagsisimulang tumubo nang sabay-sabay sa paligid ng tinatawag na nuclei o crystallization centers . Lumalaki nang higit pa at higit pa, ang mga indibidwal na kristal sa kalaunan ay sumanib sa isa't isa, na bumubuo ng isang polycrystalline solid. Ang proseso ng pagkikristal ay sinamahan ng pagpapalabas ng parehong dami ng init na nasisipsip sa panahon ng pagtunaw.

Natutunaw

Diagram: Pagtunaw - Pagkikristal

Pagkulo at sobrang pag-init ng isang likido Kung ang likido sa sisidlan ay pinainit sa pare-pareho ang panlabas na presyon mula sa libreng ibabaw ng likido. Ang prosesong ito ng vaporization ay tinatawag na evaporation. Sa pag-abot sa isang tiyak na temperatura, na tinatawag na punto ng kumukulo, ang pagbuo ng singaw ay nagsisimulang mangyari hindi lamang mula sa libreng ibabaw, ngunit ang mga bula ng singaw ay lumalaki at tumataas sa ibabaw, na kinakaladkad ang likido mismo sa kanila. Ang proseso ng singaw ay nagiging magulong. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na kumukulo. Maaaring makuha ang sobrang init na tubig, halimbawa, sa isang quartz flask na may makinis na mga dingding. Banlawan muna ang flask ng sulfuric, nitric o iba pang acid, at pagkatapos ay gamit ang distilled water. Ang distilled water ay ibinuhos sa hugasan na prasko, kung saan ang hangin na natunaw dito ay inalis sa pamamagitan ng matagal na pagkulo. Pagkatapos nito, ang tubig sa prasko ay maaaring pinainit sa isang gas burner sa isang temperatura na mas mataas kaysa sa kumukulo, ngunit hindi ito kumukulo, ngunit sumingaw lamang nang masinsinan mula sa libreng ibabaw. Paminsan-minsan lamang nabubuo ang bula ng singaw sa ilalim ng prasko, na mabilis na lumalaki, humihiwalay mula sa ibaba at tumataas sa ibabaw ng likido, at ang mga sukat nito ay tumataas nang husto kapag nakataas. Pagkatapos ang tubig ay nananatiling kalmado sa loob ng mahabang panahon. Kung ang isang mikrobyo ng isang gas na anyo ay ipinakilala sa naturang tubig, halimbawa, isang kurot ng tsaa ay itinapon, pagkatapos ay kumukulo ito nang marahas, at ang temperatura nito ay mabilis na bumaba sa kumukulo. Ang mabisang karanasang ito ay may katangian ng isang pagsabog.

Boiling Temperatura ng tubig sa kumukulo na nucleate

Konklusyon Ang gawaing ito ay naging posible upang matuto nang higit pa tungkol sa mga prosesong nagaganap kapag ang isang estado ng bagay ay pumasa sa isa pa, kung anong mga katangian ang taglay ng bawat isa sa mga yugto at estado. Nakikita ang mga proseso sa paligid natin, madali nating masasabi kung paano ito nangyayari, alam lamang ang pangunahing teorya. Samakatuwid, tinutulungan tayo ng pisika na matutunan ang karamihan sa mga batas ng natural na agham na tutulong sa atin sa hinaharap.

2. Mga yugto ng paglipat ng una at pangalawang uri………………………………..4

3. Mainam na gas……………………………………………………………….7

4. Tunay na gas…………………………………………………………………….8

5. Molecular-kinetic theory of critical phenomena………9

6. Superfluidity………………………………………………………..11

7. Superconductivity……………………………………………………..13

7.1 Pagtuklas ng superconductivity……………………………..13

7.2 Electron - pakikipag-ugnayan ng phonon……………..14

7.3 Superconductor ng una at pangalawang uri...........16

7.4 Recipe para sa paggawa ng superconductor…………….17

7.5 Mga pag-iingat sa kaligtasan………………………………….18

7.6 Ang Meisner Effect…………………………………………………………………………20

8. Konklusyon……………………………………………………………….22

9. Mga Sanggunian…………………………………………….25

1. Panimula.

Ang mga phase ay tinatawag na homogenous na iba't ibang bahagi ng physico-chemical system. Ang isang sangkap ay homogenous kapag ang lahat ng mga parameter ng estado ng sangkap ay pareho sa lahat ng mga volume nito, ang mga sukat nito ay malaki kumpara sa mga interatomic na estado. Ang mga halo ng iba't ibang mga gas ay palaging bumubuo ng isang yugto kung sila ay nasa parehong konsentrasyon sa buong volume.

Ang parehong sangkap, depende sa mga panlabas na kondisyon, ay maaaring nasa isa sa tatlong estado ng pagsasama-sama - likido, solid o gas. Depende sa mga panlabas na kondisyon, maaari itong maging sa isang yugto, o sa ilang mga yugto nang sabay-sabay. Sa kalikasan sa paligid natin, madalas nating napapansin ang mga phase transition ng tubig. Halimbawa: evaporation, condensation. May mga kondisyon ng presyon at temperatura kung saan ang sangkap ay nasa equilibrium sa iba't ibang yugto. Halimbawa, kapag ang pagtunaw ng gas sa isang estado ng phase equilibrium, ang volume ay maaaring maging anuman, at ang temperatura ng paglipat ay nauugnay sa saturation vapor pressure. Ang mga temperatura kung saan nagaganap ang mga paglipat mula sa isang yugto patungo sa isa pa ay tinatawag na mga temperatura ng paglipat. Nakasalalay sila sa presyon, bagaman sa iba't ibang antas: ang punto ng pagkatunaw ay mas mahina, ang temperatura ng singaw at sublimation ay mas malakas. Sa normal at pare-pareho ang presyon, ang paglipat ay nangyayari sa isang tiyak na temperatura, at dito natutunaw, kumukulo at sublimation (o sublimation.) ay nagaganap. Ang sublimation ay ang paglipat ng isang sangkap mula sa isang solid hanggang sa isang gas na estado, na maaaring maobserbahan, halimbawa, sa mga shell ng cometary tails. Kapag malayo ang isang kometa sa araw, halos lahat ng masa nito ay puro sa nucleus nito, na may sukat na 10-12 kilometro. Ang nucleus, na napapalibutan ng isang maliit na shell ng gas, ay ang tinatawag na ulo ng isang kometa. Kapag papalapit sa Araw, ang nucleus at mga shell ng kometa ay nagsisimulang uminit, ang posibilidad ng sublimation ay tumataas, at ang desublimation ay bumababa. Ang mga gas na tumatakas mula sa nucleus ng kometa ay sumasama sa mga solidong particle, ang ulo ng kometa ay tumataas sa dami at nagiging gas at maalikabok sa komposisyon.

2. Mga phase transition ng una at pangalawang uri.

Ang mga phase transition ay may ilang uri. Ang mga pagbabago sa pinagsama-samang estado ng isang substance ay tinatawag na first-order phase transition kung:

1) Ang temperatura ay pare-pareho sa panahon ng buong paglipat.

2) Ang dami ng system ay nagbabago.

3) Ang entropy ng system ay nagbabago.

Para maganap ang naturang phase transition, kinakailangan para sa isang binigay na masa ng substance na mag-sheat ng isang tiyak na halaga ng init na tumutugma sa latent heat ng transformation. Sa katunayan, sa panahon ng paglipat ng condensed phase sa isang phase na may mas mababang density, ang isang tiyak na halaga ng enerhiya ay dapat ibigay sa anyo ng init, na pupunta upang sirain ang kristal na sala-sala (sa panahon ng pagtunaw) o upang alisin ang mga likidong molekula mula sa bawat isa. iba pa (sa panahon ng singaw). Sa panahon ng pagbabagong-anyo, ang nakatagong init ay pupunta sa pagbabagong-anyo ng mga magkakaugnay na puwersa, ang intensity ng thermal motion ay hindi magbabago, bilang isang resulta, ang temperatura ay mananatiling pare-pareho. Sa gayong paglipat, ang antas ng kaguluhan, at samakatuwid ang entropy, ay tumataas. Kung ang proseso ay napupunta sa kabaligtaran na direksyon, pagkatapos ay ang latent heat ay inilabas. Ang mga phase transition ng unang uri ay kinabibilangan ng: ang pagbabago ng isang solid sa isang likido (pagtunaw) at ang reverse na proseso (crystallization), likido sa singaw (pagsingaw, pagkulo). Isang mala-kristal na pagbabago - sa isa pa (polymorphic transformations). Ang mga phase transition ng pangalawang uri ay kinabibilangan ng: ang paglipat ng isang normal na conductor sa isang superconducting state, helium-1 sa superfluid helium-2, isang ferromagnet sa isang paramagnet. Ang mga metal tulad ng iron, cobalt, nickel at gadolinium ay namumukod-tangi para sa kanilang kakayahang maging mataas na magnetized at mapanatili ang isang estado ng magnetization sa mahabang panahon. Ang mga ito ay tinatawag na ferromagnets. Karamihan sa mga metal (alkali at alkaline earth metals at isang makabuluhang bahagi ng transition metals) ay mahinang na-magnet at hindi pinananatili ang estadong ito sa labas ng magnetic field - ito ay mga paramagnet. Ang mga phase transition ng ikalawa, ikatlo, at iba pa ay nauugnay sa pagkakasunud-sunod ng mga derivative na iyon ng thermodynamic potential ∂f na nakakaranas ng may hangganan na mga sukat sa transition point. Ang ganitong pag-uuri ng phase transformations ay nauugnay sa gawain ng theoretical physicist Paul Ernest (1880 -1933). Kaya, sa kaso ng paglipat ng second-order phase, ang karanasan ng second-order derivatives ay tumalon sa punto ng paglipat: kapasidad ng init sa pare-parehong presyon Cp \u003d -T (∂f 2 / ∂T 2), compressibility β \u003d - (1 / V 0) (∂ 2 f / ∂p 2), thermal expansion coefficient α=(1/V 0)(∂ 2 f/∂Tp), habang ang mga unang derivative ay nananatiling tuluy-tuloy. Nangangahulugan ito na walang release (absorption) ng init at walang pagbabago sa tiyak na volume (φ - thermodynamic potential).

Ang estado ng phase equilibrium ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na ugnayan sa pagitan ng temperatura at presyon ng pagbabago ng phase. Sa bilang, ang pag-asa na ito para sa mga phase transition ay ibinibigay ng Clausius-Clapeyron equation: Dp/DT=q/TDV. Ang pananaliksik sa mababang temperatura ay isang napakahalagang sangay ng pisika. Ang katotohanan ay sa ganitong paraan posible na mapupuksa ang pagkagambala na nauugnay sa magulong thermal motion at pag-aralan ang mga phenomena sa isang "dalisay" na anyo. Ito ay lalong mahalaga sa pag-aaral ng quantum regularities. Kadalasan, dahil sa magulong thermal motion, ang isang pisikal na dami ay naa-average sa isang malaking bilang ng mga iba't ibang halaga nito, at ang mga quantum jump ay "napahid".

Mababang temperatura (mga cryogenic na temperatura), sa physics at cryogenic na teknolohiya, ang hanay ng temperatura ay mas mababa sa 120°K (0°C=273°K); ang gawain ni Carnot (nagtrabaho siya sa isang heat engine) at inilatag ni Clausius ang pundasyon para sa pananaliksik sa mga katangian ng mga gas at singaw, o teknikal na thermodynamics. Noong 1850, napansin ni Clausius na ang saturated water vapor ay bahagyang namumuo sa panahon ng pagpapalawak at nagiging sobrang init sa panahon ng compression. Gumawa ng espesyal na kontribusyon si Renu sa pag-unlad ng disiplinang pang-agham na ito. Ang intrinsic na dami ng mga molekula ng gas sa temperatura ng silid ay humigit-kumulang isang ikalibo ng volume na inookupahan ng gas. Bilang karagdagan, ang mga molekula ay naaakit sa isa't isa sa mga distansyang mas malaki kaysa sa kung saan nagsisimula ang kanilang pagtanggi.

Katumbas ng mga tiyak na halaga ng entropy, na kinuha gamit ang kabaligtaran na tanda, at dami: (4.30) Kung sa mga puntong nakakatugon sa phase equilibrium: , ang mga unang derivatives ng potensyal na kemikal para sa iba't ibang mga phase ay nakakaranas ng discontinuity: , (4.31) ) sinasabi nila na ang thermodynamic system ay nakakaranas ng phase transition ng 1st kind. Ang mga phase transition ng unang uri ay nailalarawan sa pagkakaroon ng latent heat ng phase transition, ...

Laban sa mga overlift, zero at maximum na proteksyon. - magbigay para sa pagpapahinto ng mga sisidlan sa mga intermediate na punto ng puno ng kahoy. light signaling tungkol sa mga operating mode ng lifting unit sa gusali ng lifting machine, mula sa operator ng loading device, mula sa dispatcher. Ang mga modernong adjustable DC electric drive para sa automated lifting installation ay batay sa DC motors ...

44.5 cm, c = 12 cm, a = 20 cm, l = 8 cm Ang puwersa ng pagkilos ng magnetic system ay tinatantya ng isang halaga na katumbas ng produkto ng field modulus H at ang gradient nito. Napag-alaman na ang pamamahagi ng field modulus H ng magnetic system na isinasaalang-alang ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang binibigkas na angular dependence. Samakatuwid, ang pagkalkula ng field modulus H ay isinagawa na may isang hakbang na 1° para sa mga puntos na matatagpuan sa dalawang magkaibang arko para sa lahat...

Ang sistema ay binubuo sa pagkuha ng "phase portrait" nito (Volkenshtein, 1978). Ginagawa nitong posible na ipakita ang mga nakatigil na estado ng system at ang likas na katangian ng dinamika nito kapag lumihis mula sa kanila. Ang paraan ng mga phase portrait ay ginagamit sa engineering upang pag-aralan at hulaan ang pag-uugali ng mga pisikal na sistema ng iba't ibang kumplikado at sa matematikal na ekolohiya upang pag-aralan ang dinamika ng populasyon (Volkenshtein, 1978; Svirezhev...

konsepto yugto sa thermodynamics ay isinasaalang-alang sa isang mas malawak na kahulugan kaysa sa pinagsama-samang estado. Ayon sa, sa ilalim yugto sa thermodynamics, nauunawaan nila ang thermodynamically equilibrium state ng isang substance, na naiiba sa physical properties mula sa iba pang posibleng equilibrium states ng parehong substance.. Minsan ang isang non-equilibrium metastable na estado ng isang substance ay tinatawag ding phase, ngunit metastable. Ang mga yugto ng isang sangkap ay maaaring magkakaiba sa likas na katangian ng paggalaw ng mga partikulo ng istruktura at ang pagkakaroon o kawalan ng isang nakaayos na istraktura. Ang iba't ibang mga crystalline phase ay maaaring magkakaiba sa bawat isa sa uri ng kristal na istraktura, electrical conductivity, electrical at magnetic properties, atbp. Ang mga phase ng likido ay naiiba sa bawat isa sa konsentrasyon ng mga bahagi, ang pagkakaroon o kawalan ng superconductivity, atbp.

Ang paglipat ng isang sangkap mula sa isang yugto patungo sa isa pa ay tinatawag phase transition . Kasama sa mga phase transition ang phenomena ng vaporization at melting, condensation at crystallization, atbp. Sa isang two-phase system, ang mga phase ay nasa equilibrium sa parehong temperatura. Sa pagtaas ng dami, ang ilan sa mga likido ay nagiging singaw, ngunit sa parehong oras, upang mapanatili ang temperatura na hindi nagbabago, kinakailangan upang ilipat ang isang tiyak na halaga ng init mula sa labas. Kaya, upang maisakatuparan ang paglipat mula sa likidong bahagi patungo sa sistema ng gas, kinakailangan upang ilipat ang init nang hindi binabago ang temperatura ng system. Ang init na ito ay ginagamit upang baguhin ang phase state ng matter at tinatawag init ng pagbabago ng bahagi o nakatagong init ng paglipat . Sa pagtaas ng temperatura, ang nakatagong init ng paglipat ng isang nakapirming masa ng bagay ay bumababa, at sa kritikal na temperatura ito ay katumbas ng zero. Upang makilala ang phase transition, ginagamit ang tiyak na init ng phase transition. Tukoy na init ng phase transition ay ang dami ng nakatagong init sa bawat yunit ng masa ng isang sangkap.

Ang mga phase transition na may absorption o release ng latent heat of transition ay tinatawag first-order phase transition . Sa kasong ito, ang panloob na enerhiya at density ay biglang nagbabago. Kapag lumipat mula sa isang mas maayos na estado patungo sa isang hindi gaanong ordered na estado, tumataas ang entropy. Inililista ng talahanayan ang mga first-order phase transition at ang kanilang mga pangunahing katangian.

mesa. Mga yugto ng paglipat ng unang rad at ang kanilang mga pangunahing katangian .

phase transition	Direksyon ng paglipat	Nakatagong init ng paglipat	Pagbabago sa entropy sa panahon ng isang phase transition
pagsingaw	likido  singaw	L P ay ang tiyak na init ng singaw, t- masa ng likido na na-convert sa singaw.	Tumataas ang entropy
Pagkondensasyon	Singaw  likido	, saan L KOH ay ang halaga ng tiyak na init ng condensation, t- masa ng singaw na na-convert sa likido	Bumababa ang Entropy ΔS cr< 0
Natutunaw	Solid  likido	, saan L PL ay ang tiyak na init ng pagsasanib, t- masa ng isang solidong katawan na na-convert sa likido	Tumataas ang entropy ΔS pl > 0
Pagkikristal	likido  solid	, saan L KR t- ang masa ng isang likido na na-convert sa isang solidong katawan - isang kristal	Bumababa ang Entropy ΔS cr< 0
Pangingimbabaw (o sublimation)	Solid  Singaw	, saan L Sa ay ang tiyak na init ng sublimation, t- masa ng solidong katawan na na-convert sa singaw	Tumataas ang entropy
desublimation (Crystallization bypassing the liquid phase)	Singaw  Solid (bypassing ang liquid phase)	, saan L KR ay ang halaga ng tiyak na init ng pagkikristal, t- masa ng singaw na inilipat sa isang solidong katawan - isang kristal	Bumababa ang Entropy ΔS cr< 0

Sa may kaugnayan sa pagitan ng presyon kung saan ang dalawang-phase na sistema ay nasa equilibrium at ang temperatura sa panahon ng mga transition ng first-order phase. Ang relasyong ito ay inilarawan . Isaalang-alang ang derivation ng equation na ito para sa mga closed system. Kung ang bilang ng mga particle sa system ay pare-pareho, kung gayon ang pagbabago sa panloob na enerhiya, ayon sa unang batas ng thermodynamics, ay tinutukoy ng expression: . Ang equilibrium sa pagitan ng mga phase ay darating sa ilalim ng kondisyon na T 1 \u003d T 2 at P 1 \u003d P 2. Isaalang-alang ang isang walang katapusang maliit na reversible Carnot cycle (Larawan 6.8), na ang mga isotherm ay tumutugma sa estado ng isang two-phase system sa mga temperaturang T at dT. Dahil ang mga parameter ng estado sa kasong ito ay nagbabago nang walang hanggan, ang mga isotherm at adiabat sa Fig. 6.8 ay ipinapakita bilang mga tuwid na linya. Ang presyon sa naturang cycle ay nagbabago ng dP. Ang gawain ng system bawat cycle ay tinutukoy ng formula:
. Ipagpalagay natin na ang cycle ay ipinatupad para sa isang sistema na ang masa ng bagay ay katumbas ng isa. Ang kahusayan ng naturang elementarya na Carnot cycle ay maaaring matukoy ng mga formula:
o
, saan L P ay ang tiyak na init ng singaw. Ang pagtutumbas ng mga tamang bahagi ng mga pagkakapantay-pantay na ito, at pagpapalit ng pagpapahayag ng trabaho sa pamamagitan ng presyon at lakas ng tunog, nakukuha natin:
. Iniuugnay namin ang pagbabago sa presyon sa pagbabago ng temperatura at makuha ang:

(6.23)

Ang equation (6.23) ay tinatawag Clausius-Clapeyron equation . Pag-aralan ang equation na ito, maaari nating tapusin na sa pagtaas ng temperatura, tumataas ang presyon. Ito ay sumusunod mula sa katotohanan na
, ibig sabihin
.

Ang equation na Clausius-Clapeyron ay naaangkop hindi lamang sa paglipat ng likido-singaw. Nalalapat ito sa lahat ng mga transition ng unang uri. Sa pangkalahatan, maaari itong isulat tulad nito:

(6.24)

Gamit ang Clapeyron-Clausius equation, maaaring kumatawan ang isa sa state diagram ng system sa P,T coordinate (Larawan 6.9). Sa diagram na ito, ang curve 1 ay ang sublimation curve. Ito ay tumutugma sa estado ng balanse ng dalawang yugto: solid at singaw. Ang mga punto sa kaliwa ng curve na ito ay nagpapakilala sa single-phase solid state. Ang mga punto sa kanan ay nagpapakilala sa estado ng singaw. Ang curve 2 ay ang melting curve. Ito ay tumutugma sa estado ng balanse ng dalawang yugto: solid at likido. Ang mga punto sa kaliwa ng curve na ito ay nagpapakilala sa single-phase solid state. Ang mga punto sa kanan nito hanggang sa curve 3 ay nagpapakilala sa estado ng likido. Ang curve 3 ay ang vaporization curve. Ito ay tumutugma sa estado ng balanse ng dalawang yugto: likido at singaw. Ang mga puntong nakahiga sa kaliwa ng curve na ito ay nagpapakilala sa single-phase na estado ng likido. Ang mga punto sa kanan ay nagpapakilala sa estado ng singaw. Ang curve 3, sa kaibahan sa curve 1 at 2, ay nakatali sa magkabilang panig. Sa isang banda - isang triple point Tr, sa kabilang banda - ang kritikal na punto K (Larawan 6.9). triple point inilalarawan ang estado ng balanse ng tatlong yugto nang sabay-sabay: solid, likido at singaw.