Anong mga phase transition ng unang uri ang alam mo. Mga yugto ng paglipat

Ang paglipat ng bagay mula sa isang estado patungo sa isa pa ay isang pangkaraniwang pangyayari sa kalikasan. Ang tubig na kumukulo sa isang takure, pagyeyelo ng mga ilog sa taglamig, pagtunaw ng metal, pagkatunaw ng mga gas, pag-demagnetize ng mga ferrite kapag pinainit, atbp. tiyak na nauugnay sa mga naturang phenomena, na tinatawag na mga phase transition. Ang mga phase transition ay nakikita sa pamamagitan ng isang matalim na pagbabago sa mga katangian at tampok (anomalya) ng mga katangian ng isang sangkap sa oras ng phase transition: sa pamamagitan ng paglabas o pagsipsip ng latent heat; tumalon sa dami o tumalon sa kapasidad ng init at koepisyent ng thermal expansion; pagbabago sa electrical resistance; ang hitsura ng magnetic, ferroelectric, piezomagnetic properties, mga pagbabago sa pattern ng X-ray diffraction, atbp. Alin sa mga phase ng isang sangkap ang matatag sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay tinutukoy ng isa sa mga potensyal na thermodynamic. Sa ibinigay na temperatura at volume sa isang termostat, ito ang libreng enerhiya ng Helmholtz, sa isang partikular na temperatura at presyon, ang potensyal ng Gibbs.

Ipaalala ko sa iyo na ang potensyal ng Helmholtz F (libreng enerhiya) ay ang pagkakaiba sa pagitan ng panloob na enerhiya ng isang sangkap E at ang entropy S nito na pinarami ng ganap na temperatura T:

Ang parehong enerhiya at entropy sa (1) ay mga function ng mga panlabas na kondisyon (pressure p at temperatura T), at ang phase na nangyayari sa ilalim ng ilang mga panlabas na kondisyon ay may pinakamaliit na potensyal na Gibbs sa lahat ng posibleng phase. Sa mga tuntunin ng thermodynamics, ito ay isang prinsipyo. Kapag nagbago ang mga panlabas na kondisyon, maaaring lumabas na ang libreng enerhiya ng kabilang yugto ay naging mas maliit. Ang pagbabago sa mga panlabas na kondisyon ay palaging nangyayari nang tuluy-tuloy, at samakatuwid ito ay maaaring inilarawan sa pamamagitan ng ilang pag-asa ng dami ng system sa temperatura. Dahil sa kasunduang ito sa mga halaga ng T at V, maaari nating sabihin na ang pagbabago sa katatagan ng bahagi at ang paglipat ng isang sangkap mula sa isang yugto patungo sa isa pa ay nangyayari sa isang tiyak na temperatura kasama ang landas ng thermodynamic, at ang mga halaga para sa pareho. Ang mga phase ay mga function ng temperatura malapit sa puntong ito. Isaalang-alang natin nang mas detalyado kung paano nangyayari ang pagbabago tanda. Isara ang pagkagumon para sa isa at para sa iba pang bahagi ay maaaring tantiyahin ng ilang polynomial na nakasalalay sa:

Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga libreng enerhiya ng dalawang yugto ay nasa anyo

Hangga't ang pagkakaiba ay sapat na maliit, maaari nating paghigpitan ang ating sarili sa unang termino lamang at sabihin na kung , ang phase I ay stable sa mababang temperatura, at ang phase II ay stable sa mataas na temperatura. Sa mismong transition point, ang unang derivative ng libreng enerhiya na may kinalaman sa temperatura ay natural na sumasailalim sa isang pagtalon: sa , at sa . Tulad ng alam natin, mayroong, sa katunayan, ang entropy ng mga bagay. Dahil dito, sa panahon ng isang phase transition, ang entropy ay nakakaranas ng isang jump, na tinutukoy ang latent heat ng transition, dahil . Ang inilarawan na mga transition ay tinatawag na mga transition ng unang uri, at sila ay malawak na kilala at pinag-aaralan sa paaralan. Alam nating lahat ang tungkol sa nakatagong init ng singaw o pagkatunaw. Iyon na iyon .

Inilalarawan ang paglipat sa balangkas ng mga thermodynamic na pagsasaalang-alang sa itaas, hindi namin isinasaalang-alang ang isa lamang, sa unang sulyap, hindi malamang na posibilidad: maaaring mangyari na hindi lamang ang mga libreng enerhiya ay pantay, kundi pati na rin ang kanilang mga derivatives na may paggalang sa temperatura, iyon ay, . Ito ay sumusunod mula sa (2) na ang naturang temperatura, hindi bababa sa mula sa punto ng view ng mga katangian ng ekwilibriyo ng sangkap, ay hindi dapat itangi. Sa katunayan, sa at sa unang pagtatantya tungkol sa mayroon kami

at, hindi bababa sa puntong ito, walang phase transition na dapat mangyari: ang potensyal ng Gibbs, na mas maliit sa , ay magiging mas maliit din sa .

Sa kalikasan, siyempre, hindi lahat ay napakasimple. Minsan may malalim na mga dahilan para sa dalawang pagkakapantay-pantay at upang humawak sa parehong oras. Bukod dito, ang phase I ay nagiging ganap na hindi matatag na may kinalaman sa arbitraryong maliliit na pagbabagu-bago ng mga panloob na antas ng kalayaan sa , at yugto II - sa . Sa kasong ito, ang mga pagbabagong iyon ay nangyayari na, ayon sa kilalang pag-uuri ng Ehrenfest, ay tinatawag na mga paglipat ng pangalawang uri. Ang pangalan na ito ay dahil sa ang katunayan na sa panahon ng pangalawang-order na mga transition, tanging ang pangalawang derivative ng Gibbs potensyal na may paggalang sa temperatura jumps. Tulad ng alam natin, ang pangalawang derivative ng libreng enerhiya na may paggalang sa temperatura ay tumutukoy sa kapasidad ng init ng isang sangkap

Kaya, sa panahon ng mga paglipat ng pangalawang uri, ang isang pagtalon sa kapasidad ng init ng sangkap ay dapat na obserbahan, ngunit dapat na walang nakatagong init. Dahil sa , ang phase II ay ganap na hindi matatag na may kinalaman sa maliliit na pagbabagu-bago, at ang parehong naaangkop sa phase I sa , hindi dapat obserbahan ang overheating o overcooling sa panahon ng second-order transition, iyon ay, walang temperature hysteresis ng phase transition point. Mayroong iba pang mga kahanga-hangang tampok na nagpapakilala sa mga pagbabagong ito.

Ano ang mga pinagbabatayan ng mga kondisyong kinakailangang thermodynamically para sa second-order transition? Ang katotohanan ay ang parehong sangkap ay umiiral pareho sa at sa. Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga elemento na bumubuo nito ay hindi nagbabago nang biglaan, ito ang pisikal na katangian ng katotohanan na ang mga potensyal na thermodynamic para sa parehong mga yugto ay hindi maaaring maging ganap na independyente. Kung paano lumitaw ang ugnayan sa pagitan ng at , at iba pa ay maaaring masubaybayan sa mga simpleng modelo ng mga phase transition sa pamamagitan ng pagkalkula ng mga potensyal na thermodynamic sa ilalim ng iba't ibang panlabas na kondisyon gamit ang mga pamamaraan ng statistical mechanics. Ang pinakamadaling paraan upang makalkula ang libreng enerhiya.

WIKIPEDIA

Paglipat ng yugto(phase transformation) sa thermodynamics - ang paglipat ng isang substance mula sa isang thermodynamic phase patungo sa isa pa kapag ang mga panlabas na kondisyon ay nagbabago. Mula sa punto ng view ng paggalaw ng isang system kasama ang isang phase diagram na may pagbabago sa mga masinsinang parameter nito (temperatura, presyon, atbp.), Ang isang phase transition ay nangyayari kapag ang system ay tumatawid sa linya na naghihiwalay sa dalawang phase. Dahil ang iba't ibang mga thermodynamic phase ay inilalarawan ng iba't ibang equation ng estado, palaging posible na makahanap ng isang dami na biglang nagbabago sa panahon ng isang phase transition.

Dahil ang paghahati sa mga thermodynamic phase ay isang mas maliit na pag-uuri ng mga estado kaysa sa paghahati sa pinagsama-samang estado ng isang sangkap, hindi lahat ng phase transition ay sinamahan ng isang pagbabago sa pinagsama-samang estado. Gayunpaman, ang anumang pagbabago sa estado ng pagsasama-sama ay isang phase transition.

Kadalasan, ang mga phase transition ay isinasaalang-alang na may pagbabago sa temperatura, ngunit sa isang pare-parehong presyon (karaniwang katumbas ng 1 kapaligiran). Iyon ang dahilan kung bakit madalas na ginagamit ang mga terminong "punto" (at hindi linya) ng isang phase transition, melting point, atbp. Siyempre, ang isang phase transition ay maaaring mangyari sa parehong pagbabago sa presyon at sa pare-parehong temperatura at presyon, ngunit din na may pagbabago sa konsentrasyon ng mga bahagi (halimbawa, ang hitsura ng mga kristal ng asin sa isang solusyon na umabot sa saturation).

Sa first-order phase transition ang pinakamahalagang pangunahing malawak na mga parameter ay biglang nagbabago: ang tiyak na volume, ang dami ng nakaimbak na panloob na enerhiya, ang konsentrasyon ng mga bahagi, atbp. Binibigyang-diin namin: ang ibig naming sabihin ay ang biglaang pagbabago sa mga dami na ito na may mga pagbabago sa temperatura, presyon, atbp., at hindi isang biglaang pagbabago sa oras (para sa huli, tingnan ang seksyon sa ibaba Dynamics ng mga phase transition).

Ang pinakakaraniwang mga halimbawa phase transition ng unang uri:

pagkatunaw at pagkikristal

evaporation at condensation

sublimation at desublimation

Sa phase transition ng pangalawang uri hindi nagbabago ang densidad at panloob na enerhiya, kaya maaaring hindi makita ng mata ang naturang phase transition. Ang pagtalon ay nararanasan ng kanilang mga derivatives na may paggalang sa temperatura at presyon: kapasidad ng init, koepisyent ng thermal expansion, iba't ibang mga susceptibilities, atbp.

Ang mga phase transition ng pangalawang uri ay nagaganap sa mga kasong iyon kapag ang simetrya ng istraktura ng bagay ay nagbabago (ang simetrya ay maaaring ganap na mawala o bumaba). Ang paglalarawan ng isang second-order phase transition bilang resulta ng isang pagbabago sa simetriya ay ibinigay ng Landau's theory. Sa kasalukuyan, kaugalian na makipag-usap hindi tungkol sa isang pagbabago sa simetrya, ngunit tungkol sa hitsura sa punto ng paglipat parameter ng order, katumbas ng zero sa isang mas kaunting order na yugto at nagbabago mula sa zero (sa punto ng paglipat) sa mga nonzero na halaga sa isang mas nakaayos na yugto.

Ang pinakakaraniwang mga halimbawa ng second-order phase transition ay:

ang pagpasa ng sistema sa isang kritikal na punto

transition paramagnet-ferromagnet o paramagnet-antiferromagnet (parameter ng order - magnetization)

ang paglipat ng mga metal at haluang metal sa estado ng superconductivity (ang parameter ng order ay ang density ng superconducting condensate)

paglipat ng likidong helium sa isang superfluid na estado (pp - density ng superfluid component)

paglipat ng mga amorphous na materyales sa isang malasalamin na estado

Ang modernong pisika ay nagsisiyasat din ng mga sistema na may mga phase transition ng ikatlo o mas mataas na pagkakasunud-sunod.

Kamakailan lamang, ang konsepto ng isang quantum phase transition ay naging laganap, i.e. isang phase transition na kinokontrol hindi sa pamamagitan ng classical thermal fluctuations, ngunit sa pamamagitan ng quantum ones, na umiiral kahit na sa absolute zero temperatures, kung saan ang isang classical phase transition ay hindi maisasakatuparan dahil sa Nernst theorem.

©2015-2019 site
Lahat ng karapatan ay pag-aari ng kanilang mga may-akda. Hindi inaangkin ng site na ito ang pagiging may-akda, ngunit nagbibigay ng libreng paggamit.
Petsa ng paggawa ng page: 2016-02-12

Mga yugto ng paglipat, mga paglipat ng isang sangkap mula sa isang yugto patungo sa isa pa na may pagbabago sa mga parameter ng estado na nagpapakilala sa thermodynamic equilibrium. Ang halaga ng temperatura, o ilang iba pang pisikal na dami, kung saan nagaganap ang mga phase transition sa isang isang bahaging sistema, ay tinatawag na transition point. Sa panahon ng mga phase transition ng unang uri, ang mga katangian na ipinahayag ng mga unang derivatives ng G na may paggalang sa presyon R, t-re T at iba pang mga parameter, biglang nagbabago sa patuloy na pagbabago sa mga parameter na ito. Sa kasong ito, ang init ng paglipat ay inilabas o hinihigop. Sa isang isang bahagi na sistema, ang temperatura ng paglipat T1 may kinalaman sa pressure R 1 Clausius-Clapeyron equation dp 1 /dT 1 ==QIT 1D V, saan Q- init ng paglipat, D V- dami ng tumalon. Ang mga phase transition ng unang uri ay nailalarawan sa pamamagitan ng hysteresis phenomena (halimbawa, overheating o supercooling ng isa sa mga phase), na kinakailangan para sa pagbuo ng nuclei ng kabilang phase at para mangyari ang mga phase transition sa isang may hangganan na bilis. Sa kawalan ng stable nuclei, ang superheated (supercooled) phase ay nasa isang estado ng metastable equilibrium. Ang parehong yugto ay maaaring umiral (kahit na metastatable) sa magkabilang panig ng transition point sa (gayunpaman, ang mga crystalline phase ay hindi maaaring painitin nang higit sa temperatura o sublimation). Sa punto F. p. Medyo may energy ako kay Gibbs G bilang isang function ay tuloy-tuloy, at ang parehong mga phase ay maaaring magkakasamang mabuhay para sa isang arbitraryong mahabang panahon, iyon ay, ang tinatawag na phase separation ay nagaganap (halimbawa, ang magkakasamang buhay nito o at para sa isang naibigay na kabuuang dami ng system).

Ang mga phase transition ng unang uri ay malawakang phenomena sa kalikasan. Kabilang dito ang parehong mula sa gas hanggang sa likidong bahagi, pagtunaw at solidification, at (desublimation) mula sa gas hanggang sa solidong bahagi, karamihan sa mga polymorphic na pagbabago, ilang mga structural transition sa solids, halimbawa, ang pagbuo ng martensite sa -. Sa mga malinis, ang isang sapat na malakas na magnetic field ay nagdudulot ng first-order phase transition mula sa superconducting patungo sa normal na estado.

Sa mga phase transition ng pangalawang uri, ang dami mismo G at unang derivatives G sa T, p at iba pang mga parameter ng mga estado ay patuloy na nagbabago, at ang pangalawang derivatives (ayon sa pagkakabanggit, ang koepisyent at thermal expansion) na may patuloy na pagbabago sa mga parameter ay biglang nagbabago o isahan. Ang init ay hindi inilalabas o hinihigop, ang hysteresis phenomena at metastable na estado ay wala. Ang mga transition ng second-order phase na naobserbahan na may pagbabago sa temperatura ay kinabibilangan, halimbawa, ang mga transition mula sa isang paramagnetic (disordered) na estado patungo sa isang magnetically ordered state (ferro- at ferrimagnetic sa antiferromagnetic point sa Neel point) na may hitsura ng spontaneous magnetization ( ayon sa pagkakabanggit, sa buong sala-sala o sa bawat magnetic sublattice); transition - sa pagdating ng spontaneous. ang hitsura ng isang nakaayos na estado sa solids (sa pag-order ng mga haluang metal); ang paglipat ng smectic liquid crystals sa nematic phase, na sinamahan ng isang maanomalyang pagtaas sa kapasidad ng init, pati na rin ang mga transition sa pagitan ng iba't ibang smectic phase; l - paglipat sa 4 Siya, sinamahan ng hitsura ng anomalously mataas at superfluidity. Ang paglipat sa superconducting state sa kawalan ng magnetic field.

Ang mga phase transition ay maaaring maiugnay sa isang pagbabago sa presyon. Maraming mga sangkap sa mababang presyon ay nag-kristal sa maluwag na nakaimpake na mga istraktura. Halimbawa, ang istraktura ay isang serye ng mga layer na magkalayo. Sa sapat na mataas na presyon, ang malalaking halaga ng enerhiya ng Gibbs ay tumutugma sa mga maluwag na istruktura, habang ang mga equilibrium na malapit na naka-pack na mga yugto ay tumutugma sa mas maliliit na halaga. Samakatuwid, sa mataas na presyon, ang grapayt ay nagiging brilyante. Quantum 4 Siya at 3 Siya ay nananatiling likido sa normal na presyon pababa sa pinakamababang temperatura na naabot malapit sa absolute zero. Ang dahilan nito ay ang mahinang interaksyon at malaking amplitude ng kanilang "zero oscillations" (ang mataas na posibilidad ng quantum tunneling mula sa isang nakapirming posisyon patungo sa isa pa). Gayunpaman, ang pagtaas ay nagiging sanhi ng likidong helium upang patigasin; halimbawa, 4 Siya sa 2.5 MPa ay bumubuo ng hexagen, isang close-packed na sala-sala.

Ang pangkalahatang interpretasyon ng mga second-order phase transition ay iminungkahi ni L. D. Landau noong 1937. Sa itaas ng transition point, ang system, bilang panuntunan, ay may mas mataas na simetrya kaysa sa ibaba ng transition point, samakatuwid, ang second-order phase transition ay binibigyang-kahulugan bilang isang pagbabago ng punto ng simetrya. Halimbawa, sa isang ferromagnet sa itaas ng Curie point, ang mga direksyon ng spin magnetic moments ng mga particle ay random na ipinamamahagi, kaya ang sabay-sabay na pag-ikot ng lahat ng mga spin sa paligid ng parehong axis ng parehong anggulo ay hindi nagbabago sa pisikal. mga katangian ng sistema. Sa ibaba ng mga punto ng paglipat, ang mga spin ay may kagustuhan na oryentasyon, at ang kanilang magkasanib na pag-ikot sa kahulugan na ipinahiwatig sa itaas ay nagbabago sa direksyon ng magnetic moment ng system. Sa isang dalawang sangkap na haluang metal, na ang mga atomo A at B ay matatagpuan sa mga site ng isang simpleng cubic crystal na sala-sala, ang hindi maayos na estado ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang magulong pamamahagi ng A at B sa mga site ng sala-sala, upang ang isang sala-sala ay lumipat ng isang panahon. hindi binabago ang mga katangian. Sa ibaba ng transition point, ang mga atomo ng haluang metal ay inayos: ...ABAB... Ang paglilipat ng naturang sala-sala sa pamamagitan ng isang panahon ay humahantong sa pagpapalit ng lahat ng A ng B at kabaliktaran. Kaya, ang simetrya ng sala-sala ay bumababa, dahil ang mga sublattice na nabuo ng mga atom A at B ay nagiging hindi katumbas.

Lumilitaw ang simetrya at biglang nawala; sa kasong ito, ang paglabag sa mahusay na proporsyon ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng pisikal. dami, na sa panahon ng mga phase transition ng pangalawang uri ay patuloy na nagbabago at tinatawag. parameter ng order. Para sa mga purong likido, tulad ng isang parameter ay ang density, para sa mga solusyon - ang komposisyon, para sa ferro- at ferrimagnets - kusang magnetization, para sa ferroelectrics - kusang electric polarization, para sa mga haluang metal - ang proporsyon ng iniutos para sa smectic liquid crystals - ang amplitude ng density wave, atbp. Sa lahat ng mga kaso sa itaas sa mga temperatura sa itaas ng punto ng mga phase transition ng pangalawang uri, ang parameter ng order ay katumbas ng zero, sa ibaba ng puntong ito, nagsisimula ang maanomalyang paglago nito, na humahantong sa max. halaga sa T = O.

Ang kawalan ng transition heat, density jumps, at concentrations, na katangian ng second-order phase transition, ay sinusunod din sa kritikal na punto sa mga curve ng first-order phase transition. Napakalalim ng pagkakatulad. Ang estado ng bagay na malapit sa kritikal na punto ay maaari ding ilarawan ng isang dami na gumaganap ng papel ng isang parameter ng order. Halimbawa, sa kaso ng liquid-vapor equilibrium, ang naturang parameter ay ang paglihis ng density ng sangkap mula sa kritikal na halaga: kapag gumagalaw kasama ang kritikal na isochore mula sa gilid ng mataas na temperatura, ang gas ay homogenous at ang density ng deviation mula sa ang kritikal na halaga ay zero, at sa ibaba ng kritikal na temperatura, ang sangkap ay naghihiwalay sa dalawang yugto, sa bawat isa kung saan ang paglihis ng density mula sa kritikal na halaga ay hindi katumbas ng zero.

Dahil kaunti lang ang pagkakaiba ng mga phase sa isa't isa malapit sa punto ng second-order phase transition, posible ang mga pagbabago sa parameter ng order, tulad ng malapit sa kritikal na punto. Kaugnay nito ang mga kritikal na phenomena sa mga punto ng phase transition ng pangalawang uri: isang maanomalyang pagtaas sa magnetic susceptibility ng ferromagnets at ang dielectric susceptibility ng ferroelectrics (isang analogue ay ang paglago malapit sa kritikal na punto ng liquid-vapor transition); isang matalim na pagtaas sa kapasidad ng init; maanomalyang scattering ng light waves sa liquid-vapor system (ang tinatawag na critical opalescence), x-ray sa solids, neutrons sa ferromagnets. Ang mga dynamic na proseso ay nagbabago rin nang malaki, na nauugnay sa isang napakabagal na pagwawaldas ng mga nagresultang pagbabagu-bago. Halimbawa, malapit sa liquid-vapor critical point, ang linya ng Rayleigh scattering of light ay makitid, malapit sa Curie at Neel point, ayon sa pagkakabanggit, sa ferromagnets at antiferromagnets, spin diffusion ay bumabagal (ang pagpapalaganap ng sobrang magnetization na nagaganap ayon sa mga batas ng pagsasabog). Ang average na laki ng fluctuation (correlation radius) ay tumataas habang papalapit tayo sa punto ng second-order phase transition at nagiging anomalously sa puntong ito. Nangangahulugan ito na "nararamdaman" ng anumang bahagi ng substance sa transition point ang mga pagbabagong naganap sa ibang mga bahagi. Sa kabaligtaran, malayo sa transition point ng pangalawang uri, ang mga pagbabagu-bago ay independyente sa istatistika at ang mga random na pagbabago sa estado sa isang partikular na bahagi ng system ay hindi nakakaapekto sa mga katangian ng iba pang mga bahagi nito.

Ang P, t-re T, at iba pang mga parameter ay biglang nagbabago sa patuloy na pagbabago sa mga parameter na ito. Sa kasong ito, ang init ng paglipat ay inilabas o hinihigop. Sa isang sistemang may isang bahagi, ang temperatura ng paglipat T 1 ay nauugnay sa p 1 Clapeyron - Clausius sa pamamagitan ng equation na dp 1 /dT 1 = QIT 1 DV, kung saan ang Q ay ang init ng paglipat, ang DV ay ang volume jump. Ang mga phase transition ng unang uri ay nailalarawan sa pamamagitan ng hysteresis phenomena (halimbawa, overheating o supercooling ng isa sa mga phase), na kinakailangan para sa pagbuo ng nuclei ng kabilang phase at ang daloy ng mga phase transition sa isang may hangganan na rate. Sa kawalan ng stable nuclei, ang superheated (supercooled) phase ay nasa isang metastable na estado (tingnan). Ang parehong yugto ay maaaring umiral (kahit na metastatable) sa magkabilang panig ng transition point sa (gayunpaman, ang mga crystalline phase ay hindi maaaring uminit nang higit sa temperatura o ). Sa punto mga phase transition I uri G bilang isang function ay tuloy-tuloy (tingnan ang figure sa Art.), at ang parehong mga phase ay maaaring magkakasamang mabuhay para sa isang arbitrarily mahabang panahon, ibig sabihin, mayroong isang tinatawag na. phase separation (halimbawa, ang coexistence ng pareho nito o at para sa isang naibigay na kabuuang volume ng system).

F Atomic transition ng unang uri ay malawakang phenomena sa kalikasan. Kabilang dito ang parehong mula sa gas hanggang sa likidong bahagi, at solidification, at (desublimation) mula sa gas hanggang sa solidong bahagi, karamihan sa mga polymorphic na pagbabago, ilang mga structural transition sa, halimbawa, ang pagbuo ng martensite sa -. Sa purong sapat na malakas na magnetic. ang field ay nagdudulot ng mga phase transition ng unang uri mula sa superconducting hanggang sa normal na estado.

Sa panahon ng mga phase transition ng pangalawang uri, ang halaga ng G mismo at ang mga unang derivative ng G na may paggalang sa T, p, atbp. ay patuloy na nagbabago, at ang pangalawang derivatives (ayon sa pagkakabanggit, coefficient at thermal expansion) ay biglang nagbabago o isahan na may isang patuloy na pagbabago sa mga parameter. Ang init ay hindi inilalabas o hinihigop, ang hysteresis phenomena at metastable na estado ay wala. Upang mga phase transition Ang Type II, na sinusunod na may pagbabago sa temperatura, ay kinabibilangan, halimbawa, ang mga paglipat mula sa isang paramagnetic (disordered) na estado sa isang magnetically ordered (ferro- at ferrimagnetic in, antiferromagnetic in) na may hitsura ng spontaneous magnetization (ayon sa pagkakabanggit, sa buong sala-sala. o sa bawat magnetic sublattice); paglipat - sa pagdating ng kusang; ang paglitaw ng isang nakaayos na estado sa (sa pag-order); paglipat ng smectic. sa nematic phase, na sinamahan ng abnormal na paglaki, pati na rin ang mga transition sa pagitan ng decomp. smectic mga yugto; l -transition sa 4 Siya, sinamahan ng hitsura ng anomalously mataas at superfluidity (tingnan); paglipat sa superconducting state sa kawalan ng magnet. mga patlang.

Mga yugto ng paglipat maaaring nauugnay sa pagbabago. Maraming mga sangkap sa maliit na kristal sa maluwag na nakaimpake na mga istraktura. Halimbawa, ang istraktura ay isang serye ng mga layer na malayo sa isa't isa. Sa sapat na mataas na mga halaga, ang mga malalaking halaga ay tumutugma sa gayong maluwag na mga istraktura, at ang equilibrium na malapit na naka-pack na mga yugto ay tumutugma sa mas maliliit na halaga. Samakatuwid, sa pangkalahatan ito ay napupunta sa . Ang Quantum 4 He at 3 He sa ilalim ng normal na kondisyon ay nananatiling likido hanggang sa pinakamababa sa naabot na t-p malapit sa abs. sero. Ang dahilan nito ay sa mahinang pakikipag-ugnayan. at malaking amplitude ng kanilang "zero oscillations" (mataas na posibilidad ng quantum tunneling mula sa isang nakapirming posisyon patungo sa isa pa). Gayunpaman, ang pagtaas ay nagiging sanhi ng likido upang patigasin; halimbawa, 4 Siya sa 2.5 MPa ay bumubuo ng hexagen, isang close-packed na sala-sala.

Pangkalahatang interpretasyon mga phase transition Ang Type II ay iminungkahi ni L. D. Landau noong 1937. Sa itaas ng transition point, ang system, bilang panuntunan, ay may mas mataas na transition point kaysa sa ibaba ng transition point, samakatuwid ang phase transition ng pangalawang uri ay binibigyang-kahulugan bilang change point. Halimbawa, sa mas mataas na direksyon ng spin magn. Ang mga sandali ng mga particle ay random na ibinahagi, kaya ang sabay-sabay na pag-ikot ng lahat sa paligid ng parehong axis ng parehong anggulo ay hindi nagbabago sa pisikal. St. sa sistema. Sa ibaba ng mga transition point ay may mga pakinabang. oryentasyon, at ang kanilang magkasanib na pag-ikot sa kahulugan sa itaas ay nagbabago sa direksyon ng magnetic. sandali ng sistema. Sa isang dalawang bahagi, ang to-rogo A at B ay matatagpuan sa mga node ng isang simpleng kubiko. mala-kristal sala-sala, hindi maayos na estado ay nailalarawan sa pamamagitan ng magulo. pamamahagi ng A at B sa mga node ng sala-sala, upang ang paglilipat ng sala-sala sa pamamagitan ng isang panahon ay hindi nagbabago sa r.v. Sa ibaba ng mga transition point ay nakaayos sa pagkakasunud-sunod: ...ABAB... Ang paglilipat ng naturang sala-sala sa pamamagitan ng isang tuldok ay humahantong sa pagpapalit ng lahat ng A ng B at kabaliktaran. T. arr., bumababa ang sala-sala, dahil ang mga sublattice na nabuo ng A at B ay nagiging hindi katumbas.

Lumilitaw at nawawala nang bigla; sa parehong oras, ang paglabag ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng pisikal. halaga, to-heaven sa panahon ng mga phase transition ng pangalawang uri ay patuloy na nagbabago at tinatawag. parameter ng order. Para sa dalisay na tulad ng isang parameter ay density, para sa mga solusyon - komposisyon, para sa ferro- at - kusang magnetization, para sa ferroelectrics - kusang electric. , para sa - ang proporsyon ng iniutos para sa smectic. - ang amplitude ng density wave, atbp. Sa lahat ng mga kaso sa itaas, sa t-rah sa itaas ng punto ng phase transition ng pangalawang uri, ang parameter ng order ay katumbas ng zero, sa ibaba ng puntong ito ay nagsisimula ang maanomalyang paglago nito, na humahantong sa max . halaga sa T = O.

Ang kawalan ng init ng transition, density jumps, at , na katangian ng second-order phase transition, ay sinusunod din sa kritikal. ituro sa mga kurba ng mga phase transition ng unang uri (tingnan). Napakalalim ng pagkakatulad. Ipahayag sa-va ang tungkol sa kritikal. Ang mga puntos ay maaari ding ilarawan sa pamamagitan ng isang dami na gumaganap ng papel ng isang parameter ng order. Halimbawa, sa kaso ng - tulad ng isang parameter ay ang paglihis ng density in-va mula sa kritikal. mga halaga: kapag gumagalaw kasama ang isang kritikal ang isochore mula sa gilid ng mataas na tr ay homogenous at ang density ng paglihis mula sa kritikal. ang halaga ay zero, at mas mababa sa kritikal. Ang t-ry in-in ay pinagsasapin-sapin 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 transition ng pangalawang uri, ang pagkakaroon ng mga pagbabago sa parameter ng order ay posible, sa parehong paraan tulad ng malapit sa kritikal. puntos. Ang kritikal ay nauugnay dito. phenomena sa mga punto ng phase transition ng pangalawang uri: maanomalyang paglaki ng magn. pagkamaramdamin at dielectric. pagkamaramdamin (ang analogue ay paglago malapit sa kritikal na punto ng paglipat - ); isang matalim na pagtaas; maanomalyang scattering ng light waves sa system

Mga yugto ng paglipat

PHASE TRANSITIONS (phase transformations), mga paglipat ng isang substance mula sa isang phase patungo sa isa pa, na nagaganap kapag ang temperatura, presyon o nasa ilalim ng impluwensya ng anumang iba pang panlabas na mga kadahilanan (halimbawa, magnetic o electric field). Ang mga phase transition, na sinamahan ng isang jump-like na pagbabago sa density at entropy ng matter, ay tinatawag na phase transition ng 1st kind; Kabilang dito ang pagsingaw natutunaw, paghalay, pagkikristal. Sa kurso ng naturang phase transition, init mga phase transition. Mga phase transition ng ika-2 uri densidad at ang entropy ng matter ay patuloy na nagbabago sa transition point, ang athermal capacity, compressibility, at iba pang katulad na dami ay sumasailalim sa isang jump. Bilang isang tuntunin, ito ay nagbabago at, nang naaayon, simetriya phase (halimbawa, magnetic sa panahon ng mga phase transition mula sa isang paramagnetic patungo sa isang ferromagnetic na estado sa Curie point).

Phasemga transitionunamabait yugto mga transition, kung saan ang mga unang derivative ay biglang nagbabago thermodynamic mga potensyal sa matinding mga parameter sistema (temperatura o presyon). Ang mga paglipat ng unang uri ay natanto kapwa sa panahon ng paglipat ng system mula sa isang estado ng pagsasama-sama patungo sa isa pa, at sa loob ng mga limitasyon ng isang estado ng pagsasama-sama (sa kaibahan sa yugto mga transition pangalawa mabait na nangyayari sa loob ng isang estado ng pagsasama-sama).

Mga halimbawa ng first-order phase transition

sa panahon ng paglipat ng system mula sa isang estado ng pagsasama-sama patungo sa isa pa: pagkikristal(liquid phase transition to solid), natutunaw(paglipat ng solid phase sa likido), paghalay(transition ng gaseous phase sa isang solid o likido), pangingimbabaw(transition ng solid phase sa isang gaseous), eutectic, peritectic imonotectic transformations.

sa loob ng isang estado ng pagsasama-sama: eutectic, peritectic at polymorphic na mga pagbabagong-anyo, agnas ng mga supersaturated na solidong solusyon, agnas (stratification) ng mga likidong solusyon, pag-order ng mga solidong solusyon.

Minsan, ang mga first-order phase transition ay tinutukoy din bilang mga pagbabagong martensit(kondisyon, dahil sa pasukan ng martensitic transformation, isang paglipat sa isang matatag, ngunit hindi balanseng estado ay natanto - metastable na estado).

Phasemga transitionpangalawamabait-yugto mga transition, kung saan ang mga unang derivatives thermodynamic mga potensyal sa presyon at temperatura ay patuloy na nagbabago, habang ang kanilang pangalawang derivatives ay nakakaranas ng pagtalon. Ito ay sumusunod, sa partikular, na enerhiya at ang dami ng isang substance ay hindi nagbabago sa panahon ng second-order phase transition, ngunit nito kapasidad ng init, compressibility, iba't ibang susceptibilities, atbp.

FP (Wiki)

Pag-uuri ng mga phase transition

Sa first-order phase transition ang pinakamahalaga, pangunahing malawak na mga parameter ay biglang nagbabago: ang tiyak na volume, ang dami ng nakaimbak na panloob na enerhiya, ang konsentrasyon ng mga bahagi, atbp. Binibigyang-diin namin: ang ibig naming sabihin ay ang biglaang pagbabago sa mga dami na ito na may mga pagbabago sa temperatura, presyon, atbp., at hindi isang biglaang pagbabago sa oras (para sa huli, tingnan ang seksyon sa ibaba Dynamics ng mga phase transition).

Ang pinakakaraniwang mga halimbawa phase transition ng unang uri:

pagkatunaw at pagkikristal

evaporation at condensation

sublimation at desublimation

Ang pinakakaraniwang mga halimbawa ng second-order phase transition ay:

pagpasa ng system sa isang kritikal na punto

paramagnet-ferromagnet o paramagnet-antiferromagnet transition (parameter ng order - magnetization)

paglipat ng mga metal at haluang metal sa estado ng superconductivity (ang parameter ng order ay ang density ng superconducting condensate)

paglipat ng likidong helium sa superfluid state (pp - density ng superfluid component)

paglipat ng mga amorphous na materyales sa isang malasalamin na estado

Ang pagkakaroon ng mga phase transition na higit sa pangalawang order ay hindi pa nakumpirma sa eksperimento.

Kamakailan, ang konsepto ng isang quantum phase transition ay naging laganap, iyon ay, isang phase transition na kinokontrol hindi ng mga klasikal na thermal fluctuations, ngunit ng mga quantum, na umiiral kahit na sa ganap na zero na temperatura, kung saan ang isang classical phase transition ay hindi maaaring maisakatuparan dahil sa Nernst theorem.

Dynamics ng mga phase transition

Tulad ng nabanggit sa itaas, ang pagtalon sa mga katangian ng isang sangkap ay nangangahulugang isang pagtalon na may pagbabago sa temperatura at presyon. Sa katotohanan, kapag kumikilos sa sistema, hindi namin binabago ang mga dami na ito, ngunit ang dami nito at ang kabuuang panloob na enerhiya nito. Ang pagbabagong ito ay palaging nangyayari sa ilang limitadong bilis, na nangangahulugan na upang "takpan" ang buong puwang sa density o partikular na panloob na enerhiya, kailangan natin ng ilang takdang panahon. Sa panahong ito, ang paglipat ng bahagi ay hindi nangyayari kaagad sa buong dami ng sangkap, ngunit unti-unti. Sa kasong ito, sa kaso ng isang first-order phase transition, ang isang tiyak na halaga ng enerhiya ay inilabas (o inalis), na tinatawag na init ng phase transition. Upang hindi tumigil ang phase transition, kinakailangan na patuloy na alisin (o ibigay) ang init na ito, o mabayaran ito sa pamamagitan ng paggawa ng trabaho sa system.

Bilang resulta, sa panahong ito, ang punto sa phase diagram na naglalarawan sa system ay "nag-freeze" (iyon ay, ang presyon at temperatura ay nananatiling pare-pareho) hanggang sa makumpleto ang proseso.

Mga konsepto ng phase at phase transition. Mga yugto ng paglipat ng una at pangalawang uri

Mga yugto- ito ay iba't ibang magkakatulad na bahagi ng mga sistemang physico-kemikal. Ang isang sangkap ay homogenous kapag ang lahat ng mga parameter ng estado ng sangkap ay pareho sa lahat ng elementarya na 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. Ang mga phase ay mga matatag na estado ng isang tiyak na estado ng pagsasama-sama. Ang konsepto ng isang yugto ay mas malawak kaysa sa konsepto ng isang pinagsama-samang estado.

Depende sa mga panlabas na kondisyon, ang sistema ay maaaring nasa equilibrium alinman sa isang yugto o sa ilang mga yugto nang sabay-sabay. Ang kanilang ekwilibriyong pag-iral ay tinatawag balanse ng bahagi.

Pagsingaw at paghalay - madalas na sinusunod na phase transition ng tubig sa natural na kapaligiran. Kapag ang tubig ay pumasa sa singaw, ang pagsingaw ay unang nangyayari - ang paglipat ng ibabaw na layer ng likido sa singaw, habang ang pinakamabilis na molekula lamang ang pumapasok sa singaw: dapat nilang pagtagumpayan ang pagkahumaling ng mga nakapaligid na molekula, samakatuwid ang kanilang average na kinetic energy at, nang naaayon, ang pagbaba ng temperatura ng likido. Naobserbahan sa pang-araw-araw na buhay at ang reverse process - condensation. Ang parehong mga prosesong ito ay nakasalalay sa mga panlabas na kondisyon. Sa ilang mga kaso, ang isang dinamikong ekwilibriyo ay itinatag sa pagitan nila, kapag ang bilang ng mga molekula na umaalis sa likido ay naging katumbas ng bilang ng mga molekula na bumabalik dito. Ang mga molekula sa isang likido ay nakagapos ng mga kaakit-akit na puwersa na humahawak sa kanila sa loob ng likido. Kung ang mga molekula na may mga tulin na lumalampas sa karaniwan ay malapit sa ibabaw, maaari nilang iwanan ito. Pagkatapos ang average na bilis ng natitirang mga molekula ay bababa at ang temperatura ng likido ay bababa. Para sa pagsingaw sa isang pare-parehong temperatura, ang isang tiyak na halaga ng init ay dapat ibigay sa likido: Q= rt, kung saan ang r ay ang tiyak na init ng singaw, na bumababa sa pagtaas ng temperatura. Sa temperatura ng silid, para sa isang molekula ng tubig, ang init ng singaw ay 10 -20 J, habang ang average na enerhiya ng thermal motion ay 6.06 10 -21 J. Nangangahulugan ito na

mga molekula na may enerhiya na 10 beses ang enerhiya ng thermal motion. Kapag dumadaan sa likidong ibabaw, ang potensyal na enerhiya ng isang mabilis na molekula ay tumataas, habang ang kinetic energy ay bumababa. Samakatuwid, ang average na kinetic energies ng singaw at likidong mga molekula sa thermal equilibrium ay pantay.

puspos na singaw - ito ay isang singaw sa dynamic na ekwilibriyo, na tumutugma sa isang ibinigay na temperatura, kasama ang likido nito. Ipinakikita ng karanasan na hindi nito sinusunod ang batas ng Boyle-Mariotte, dahil ang presyon nito ay hindi nakadepende sa lakas ng tunog. Ang saturated vapor pressure ay ang pinakamataas na presyon na maaaring magkaroon ng singaw sa isang partikular na temperatura. Ang mga proseso ng evaporation at condensation ng tubig ay nagdudulot ng mga kumplikadong interaksyon sa pagitan ng atmospera at ng hydrosphere, na mahalaga para sa pagbuo ng panahon at klima. Mayroong tuluy-tuloy na pagpapalitan ng bagay (ikot ng tubig) at enerhiya sa pagitan ng atmospera at ng hydrosphere.

Ipinakita ng mga pag-aaral na humigit-kumulang 7,000 km 3 ng tubig ang sumingaw bawat araw mula sa ibabaw ng World Ocean, na bumubuo sa 94% ng hydrosphere ng daigdig, at halos kaparehong halaga ang bumabagsak sa anyo ng pag-ulan. Ang singaw ng tubig, na dinadala ng convection movement ng hangin, ay tumataas at pumapasok sa malamig na mga layer ng troposphere. Habang tumataas ito, ang singaw ay nagiging mas puspos, pagkatapos ay namumuo upang bumuo ng mga patak ng ulan. Sa proseso ng steam condensation sa troposphere, humigit-kumulang 1.6-10 22 J ng init ang inilalabas bawat araw, na sampu-sampung libong beses na mas malaki kaysa sa enerhiya na nabuo ng sangkatauhan sa parehong oras.

kumukulo- ang proseso ng paglipat ng isang likido sa singaw bilang isang resulta ng paglitaw ng mga bula na puno ng singaw. Nagaganap ang pagkulo sa buong volume. Ang pagkalagot ng mga bula sa ibabaw ng kumukulong likido ay nagpapahiwatig na ang presyon ng singaw sa kanila ay lumampas sa presyon sa itaas ng ibabaw ng likido. Sa temperatura na 100 °C, ang puspos na presyon ng singaw ay katumbas ng presyon ng hangin sa itaas ng ibabaw ng likido (ganito ang napiling puntong ito sa iskala). Sa taas na 5 km, ang presyon ng hangin ay kalahati ng mas maraming at kumukulo ang tubig doon sa 82 ° C, at sa hangganan ng troposphere (17 km) - sa humigit-kumulang 65 ° C. Samakatuwid, ang kumukulo na punto ng isang likido ay tumutugma sa temperatura kung saan ang puspos na presyon ng singaw nito ay katumbas ng panlabas na presyon. Ang mahinang gravitational field ng Buwan (ang gravitational acceleration malapit sa ibabaw nito ay 1.7 m/s 2 lang) ay hindi kayang hawakan ang atmospera, at sa kawalan ng atmospheric pressure, ang likido ay agad kumukulo, kaya ang lunar na "dagat" ay walang tubig at nabuo sa pamamagitan ng solidified lava. Sa parehong dahilan, ang mga "channel" ng Martian ay walang tubig din.

Ang isang sangkap ay maaaring nasa ekwilibriyo at sa iba't ibang yugto. Kaya, kapag ang pagtunaw ng gas sa isang estado ng phase equilibrium, ang dami ay maaaring maging anuman, at ang temperatura ng paglipat ay nauugnay sa presyon ng singaw ng saturation. Ang phase equilibrium curve ay maaaring makuha sa pamamagitan ng projecting sa isang eroplano (p, t) mga lugar ng paglipat sa estado ng likido. Analytically, ang equilibrium curve ng dalawang phase ay tinutukoy mula sa solusyon ng Clausius-Clapeyron differential equation. Katulad nito, posible na makakuha ng mga melting at sublimation curves, na konektado sa isang punto ng eroplano (R, D), sa triple point (tingnan ang Fig. 7.1), kung saan sa ilang mga proporsyon sila ay pantay

lahat ng tatlong yugto. Ang triple point ng tubig ay tumutugma sa isang presyon ng 569.24 Pa at isang temperatura ng -0.0075 °C; carbon dioxide - 5.18 10 5 Pa at 56.6 ° C, ayon sa pagkakabanggit. Samakatuwid, sa presyon ng atmospera R, katumbas ng 101.3 kPa, ang carbon dioxide ay maaaring nasa solid o gas na estado. Sa kritikal na temperatura, ang mga pisikal na katangian ng likido at singaw ay nagiging pareho. Sa mga temperatura sa itaas ng kritikal na punto, ang sangkap ay maaari lamang nasa gas na estado. Para sa tubig - T= 374.2 °С, R= 22.12 MPa; para sa murang luntian - 144 ° C at 7.71 MPa, ayon sa pagkakabanggit.

Ang mga temperatura ng paglipat ay ang mga temperatura kung saan nagaganap ang mga paglipat mula sa isang yugto patungo sa isa pa. Nakasalalay sila sa presyon, bagaman sa iba't ibang antas: ang punto ng pagkatunaw ay mas mahina, ang mga temperatura ng singaw at sublimation ay mas malakas. Sa normal at pare-pareho ang mga presyon, ang paglipat ay nangyayari sa isang tiyak na temperatura, at dito natutunaw, kumukulo at sublimation (o sublimation) na mga punto ay nagaganap.

Ang paglipat ng bagay mula sa isang solidong estado nang direkta sa isang gas na estado ay maaaring maobserbahan, halimbawa, sa mga shell ng cometary tails. Kapag ang isang kometa ay malayo sa Araw, halos lahat ng masa nito ay puro sa nucleus nito, na may sukat na 10-12 km. Ang nucleus ay napapalibutan ng isang maliit na shell ng gas - ito ang ulo ng kometa. Kapag papalapit sa Araw, ang core at shell ng kometa ay nagsisimulang uminit, ang posibilidad ng sublimation ay tumataas, at ang desublimation (ang reverse na proseso) ay bumababa. Ang mga gas na tumatakas mula sa nucleus ng kometa ay nagdadala ng mga solidong particle, ang ulo ng kometa ay tumataas sa volume at nagiging gas at alikabok sa komposisyon. Ang presyon ng cometary nucleus ay napakababa, kaya ang likidong bahagi ay hindi nangyayari. Kasama ng ulo, lumalaki din ang buntot ng kometa, na umaabot palayo sa Araw. Sa ilang mga kometa umabot ito ng daan-daang milyong kilometro sa perihelion, ngunit ang mga densidad sa bagay ng kometa ay bale-wala. Sa bawat paglapit sa Araw, ang mga kometa ay nawawala ang karamihan sa kanilang masa, parami nang parami ang mga pabagu-bagong substance na nag-sublimate sa nucleus, at unti-unti itong nadudurog sa mga meteor body na bumubuo ng mga meteor shower. Sa loob ng 5 bilyong taon ng pagkakaroon ng solar system, maraming mga kometa ang nagtapos sa kanilang pag-iral sa ganitong paraan.

Noong tagsibol ng 1986, ang mga awtomatikong istasyon ng Sobyet na "Vega-1" at "Vega-2" ay ipinadala sa kalawakan upang pag-aralan ang kometa ni Halley, na dumaan sa layo na 9000 at 8200 km mula dito, ayon sa pagkakabanggit, at ang istasyon ng NASA na "Giotto " - sa layong 600 km lamang mula sa nucleus ng kometa. Ang nucleus ay 14 x 7.5 km ang laki, madilim ang kulay at humigit-kumulang 400 K ang temperatura. Nang dumaan ang mga istasyon ng kalawakan sa ulo ng kometa, humigit-kumulang 40,000 kg ng nagyeyelong bagay ang nag-sublimate sa loob ng 1 s.

Sa huling bahagi ng taglagas, kapag ang isang matalim na malamig na snap ay pumapasok pagkatapos ng basang panahon, ang isa ay maaaring mag-obserba sa mga sanga ng mga puno at sa mga wire.

Ang hoarfrost ay desublimated na mga kristal na yelo. Ang isang katulad na kababalaghan ay ginagamit kapag nag-iimbak ng ice cream, kapag ang carbon dioxide ay pinalamig, habang ang mga molekula na dumadaan sa singaw ay nagdadala ng enerhiya. Sa Mars, ang phenomena ng sublimation at desublimation ng carbon dioxide sa polar caps ay gumaganap ng parehong papel bilang evaporation - condensation sa atmospera at hydrosphere ng Earth.

Ang kapasidad ng init ay may posibilidad na maging zero sa mga ultralow na temperatura, gaya ng itinatag ni Nernst. Mula dito, ipinakita ni Planck na malapit sa absolute zero, ang lahat ng mga proseso ay nagpapatuloy nang walang pagbabago sa entropy. Ang teorya ni Einstein ng kapasidad ng init ng mga solido sa mababang temperatura ay naging posible na bumalangkas ng resulta ni Nernst bilang ikatlong batas ng thermodynamics. Ang mga hindi pangkaraniwang katangian ng mga sangkap na naobserbahan sa mababang temperatura - superfluidity at superconductivity - ay ipinaliwanag sa modernong teorya bilang macroscopic quantum effect.

Ang mga phase transition ay may ilang uri. Sa panahon ng isang phase transition, ang temperatura ay hindi nagbabago, ngunit ang dami ng system ay nagbabago.

Mga phase transition ng unang uri ang mga pagbabago sa pinagsama-samang estado ng isang sangkap ay tinatawag kung: ang temperatura ay pare-pareho sa panahon ng buong paglipat; nagbabago ang dami ng system; nagbabago ang entropy ng system. Para maganap ang naturang phase transition, kinakailangan na magbigay ng isang tiyak na halaga ng init sa isang naibigay na mass ng substance, na tumutugma sa latent heat ng transformation.

Sa katunayan, sa panahon ng paglipat mula sa isang mas condensed phase patungo 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 (sa panahon ng singaw). Sa panahon ng pagbabagong-anyo, ang nakatagong init ay ginugugol upang mapagtagumpayan ang mga magkakaugnay na puwersa, ang intensity ng thermal motion ay hindi nagbabago, bilang isang resulta, ang temperatura ay nananatiling 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.

Mga yugto ng paglipat ng pangalawang uri nauugnay sa isang pagbabago sa simetrya ng system: sa itaas ng transition point, ang system, bilang panuntunan, ay may mas mataas na simetrya, tulad ng ipinakita ng L.D. Landau noong 1937. Halimbawa, sa isang magnet, ang mga spin moment sa itaas ng transition point ay random na naka-orient, at ang sabay-sabay na pag-ikot ng lahat ng mga spin sa paligid ng parehong axis sa parehong anggulo ay hindi nagbabago sa mga katangian ng system. Sa ibaba ng mga transition point, ang mga spin ay may ilang preferential na oryentasyon, at ang kanilang sabay-sabay na pag-ikot ay nagbabago sa direksyon ng magnetic moment ng system. Ipinakilala ng Landau ang kadahilanan ng pag-order at pinalawak ang potensyal na thermodynamic sa punto ng paglipat sa mga kapangyarihan ng koepisyent na ito, sa batayan kung saan siya ay nagtayo ng isang pag-uuri ng lahat ng posibleng uri ng mga paglipat.

Dov, pati na rin ang teorya ng mga phenomena ng superfluidity at superconductivity. Sa batayan na ito, isinasaalang-alang ng Landau at Lifshitz ang maraming mahahalagang problema - ang paglipat ng isang ferroelectric sa isang paraelectric, isang ferromagnet sa isang paramagnet, pagsipsip ng tunog sa punto ng paglipat, ang paglipat ng mga metal at haluang metal sa superconducting state, atbp.

Ang pagkalkula ng mga thermodynamic na katangian ng isang sistema batay sa istatistikal na mekanika ay nagsasangkot ng pagpili ng isang partikular na modelo ng system, at kung mas kumplikado ang sistema, mas simple ang dapat na modelo. Iminungkahi ni E. Ising ang isang modelo ng isang ferromagnet (1925) at nalutas ang problema ng isang one-dimensional na kadena, na isinasaalang-alang ang pakikipag-ugnayan sa pinakamalapit na kapitbahay para sa anumang mga patlang at temperatura. Sa matematikal na paglalarawan ng naturang mga sistema ng mga particle na may matinding pakikipag-ugnayan, isang pinasimple na modelo ang pipiliin, kapag ang pares-type na pakikipag-ugnayan lamang ang nangyayari (ang naturang dalawang-dimensional na modelo ay tinatawag na Ising lattice). Ngunit ang mga phase transition ay hindi palaging kinakalkula, marahil dahil sa ilang hindi natukoy na mga phenomena na karaniwan sa mga sistema ng maraming mga particle, at ang likas na katangian ng mga particle mismo (mga likidong particle o magnet) ay hindi mahalaga. L. Onsager ay nagbigay ng eksaktong solusyon para sa dalawang-dimensional na modelo ng Ising (1944). Naglagay siya ng mga dipole sa mga node ng sala-sala, na maaaring i-orient ang kanilang mga sarili sa dalawang paraan lamang, at ang bawat naturang dipole ay maaari lamang makipag-ugnayan sa kapitbahay nito. Ito ay lumabas na sa punto ng paglipat, ang kapasidad ng init ay napupunta sa infinity ayon sa logarithmic law na simetriko sa magkabilang panig ng transition point. Nang maglaon, napag-alaman na ang konklusyong ito ay napakahalaga para sa lahat ng mga pagbabago sa ikalawang yugto. Ipinakita ng gawa ni Onsager na ginagawang posible ng paraan ng statistical mechanics na makakuha ng mga bagong resulta para sa mga pagbabagong bahagi.

Mga yugto ng paglipat ng pangalawa, pangatlo, atbp. genera ay nauugnay sa pagkakasunud-sunod ng mga derivatives ng thermodynamic potensyal na Ф, na nakakaranas ng mga may hangganang pagbabago sa transition point. Ang ganitong pag-uuri ng mga pagbabago sa yugto ay nauugnay sa gawain ng teoretikal na pisiko na si P. Ehrenfest. Sa kaso ng second-order phase transition, tumalon ang second-order derivatives na karanasan sa transition point: heat capacity sa pare-parehong pressure C p =, compressibility , koepisyent

thermal expansion coefficient, habang per-

lahat ng derivatives ay nananatiling tuluy-tuloy. Nangangahulugan ito na walang release (absorption) ng init at walang pagbabago sa tiyak na volume.

Ang quantum field theory ay nagsimulang gamitin para sa mga kalkulasyon ng mga particle system lamang noong 70s. ika-20 siglo Ang sistema ay itinuturing bilang isang sala-sala na may variable na hakbang, na naging posible upang baguhin ang katumpakan ng mga kalkulasyon at lapitan ang paglalarawan ng isang tunay na sistema at gumamit ng isang computer. Ang American theoretical physicist na si C. Wilson, na nag-apply ng bagong paraan ng mga kalkulasyon, ay nakatanggap ng isang qualitative leap sa pag-unawa sa second-order phase transition na nauugnay sa rearrangement ng symmetry ng system. Sa katunayan, ikinonekta niya ang quantum mechanics sa istatistika, at ang kanyang trabaho ay nakatanggap ng pundamental

kahulugan ng kaisipan. Naaangkop ang mga ito sa mga proseso ng combustion, at sa electronics, at sa paglalarawan ng mga cosmic phenomena at nuclear interaction. Inimbestigahan ni Wilson ang isang malawak na klase ng mga kritikal na phenomena at lumikha ng isang pangkalahatang teorya ng second-order phase transition.

Portal para sa mag-aaral. Pagsasanay sa sarili

Mga konsepto ng phase at phase transition. Mga yugto ng paglipat ng una at pangalawang uri

MGA KAUGNAY NA ARTIKULO