Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár
Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.
Uverejnené dňa http://www.allbest.ru/
Štátna univerzita v Smolensku
K téme: „Fázové prechody“
Vyplnil: študent 1. ročníka
Dolnikov Alexander
1. Pojem fázový prechod
2. Klasifikácia fázových prechodov
3. Fázové prechody prvého rádu
4. Súhrnné stavy látok
4.1 Pojem plynná látka
4.2 Pojem tekutá hmota
4.3 Pojem tuhej hmoty
4.4 Pojem plazma
5. Kvantový fázový prechod
6. Fázové prechody druhého rádu
7. Fázová rovnováha
Bibliografia
1. Koncepcia fázového prechodu
Fázový prechod(fázová premena) v termodynamike je prechod látky z jednej termodynamickej fázy do druhej pri zmene vonkajších podmienok. Z hľadiska pohybu systému po fázovom diagrame pri zmene jeho intenzívnych parametrov (teplota, tlak a pod.) dochádza k fázovému prechodu, keď systém prekročí čiaru oddeľujúcu dve fázy. Keďže rôzne termodynamické fázy sú opísané rôznymi stavovými rovnicami, je vždy možné nájsť množstvo, ktoré sa počas fázového prechodu náhle mení.
Keďže delenie na termodynamické fázy je jemnejšou klasifikáciou stavov ako delenie látky na agregované stavy, nie každý fázový prechod je sprevádzaný zmenou agregovaného stavu. Akákoľvek zmena stavu agregácie je však fázovým prechodom.
Najčastejšie sa fázové prechody zvažujú pri zmene teploty, ale pri konštantnom tlaku (zvyčajne 1 atmosfére). Preto sa často používajú pojmy „bod“ (a nie čiara) fázového prechodu, teplota topenia atď. Samozrejme, že k fázovému prechodu môže dôjsť pri zmene tlaku a pri konštantnej teplote a tlaku, ale aj s zmena koncentrácie zložiek (napríklad výskyt kryštálov soli v roztoku, ktorý dosiahol nasýtenie).
2. Klasifikácia fázových prechodov
Fázové prechody, pri ktorých sa náhle menia prvé derivácie termodynamických potenciálov vzhľadom na intenzívne parametre systému (teplota alebo tlak). Prechody prvého druhu sa realizujú tak počas prechodu systému z jedného stavu agregácie do druhého, ako aj v rámci jedného stavu agregácie (na rozdiel od fázových prechodov druhého rádu, ktoré sa vyskytujú v rámci jedného stavu agregácie)
Najčastejšie príklady fázové prechody prvého rádu:
topenia a kryštalizácie
· odparovanie a kondenzácia
· sublimácia a desublimácia
Fázové prechody, pri ktorých sa náhle menia druhé derivácie termodynamických potenciálov vzhľadom na tlak a teplotu, zatiaľ čo ich prvé derivácie sa menia postupne. Z toho vyplýva najmä to, že energia a objem látky pri fázovom prechode 2. rádu sa nemení, ale mení sa jej tepelná kapacita, stlačiteľnosť, rôzne susceptibility atď., v prípadoch, keď dochádza k symetrii zmeny štruktúry látky (symetria môže úplne zmiznúť alebo sa zmenšiť). Popis fázového prechodu druhého rádu ako dôsledku zmeny symetrie podáva Landauova teória. V súčasnosti je zvykom hovoriť nie o zmene symetrie, ale o vzhľade v bode prechodu parameter objednávky rovná nule v menej usporiadanej fáze a meniaca sa od nuly (v bode prechodu) po nenulové hodnoty v usporiadanejšej fáze.
Najbežnejšie príklady fázových prechodov druhého rádu sú:
· prechod systému cez kritický bod
· prechodový paramagnet-feromagnet alebo paramagnet-antiferomagnet (parameter poradia - magnetizácia)
· prechod kovov a zliatin do stavu supravodivosti (parameter poriadku - hustota supravodivého kondenzátu)
· prechod kvapalného hélia do supratekutého stavu (p.p. - hustota supratekutej zložky)
· prechod amorfných materiálov do sklovitého stavu
Moderná fyzika študuje aj systémy, ktoré majú fázové prechody tretieho alebo vyššieho rádu.
V poslednej dobe sa rozšíril koncept kvantového fázového prechodu, teda fázového prechodu riadeného nie klasickými tepelnými fluktuáciami, ale kvantovými, ktoré existujú aj pri teplotách absolútnej nuly, kde klasický fázový prechod nie je možné realizovať kvôli Nernstovmu teorém.
3. Fázové prechody prvého rádu
· Plavlja m cie je proces prechodu telesa z kryštalického pevného stavu do kvapalného stavu, to znamená prechod látky z jedného stavu agregácie do druhého. K topeniu dochádza pri absorpcii špecifického tepla a topenia a ide o fázový prechod prvého rádu, ktorý je sprevádzaný kŕčovitý zmena tepelnej kapacity pri konkrétnom teplotnom bode premeny pre každú látku – teplota topenia.
Schopnosť topenia označuje fyzikálne vlastnosti hmoty
Pri normálnom tlaku, najvyššej teplote topenie medzi kovmi má volfrám (3422 °C), medzi jednoduché látky - uhlík (podľa rôznych zdrojov 3500 - 4500 °C) a spomedzi ľubovoľných látok - karbid tantal-hafnia Ta 4 HfC 5 (4216 °C). Môžeme predpokladať, že hélium má najnižší bod topenia: pri normálnom tlaku zostáva kvapalné pri ľubovoľne nízkych teplotách.
Mnohé látky pri normálnom tlaku nemajú kvapalnú fázu. Pri zahriatí sa sublimáciou okamžite premenia na plynné skupenstvo.
· Kryštalizácia -- proces fázového prechodu látky z kvapalného do tuhého kryštalického stavu za vzniku kryštálov. Fáza je homogénna časť termodynamického systému oddelená od ostatných častí systému (iných fáz) rozhraním, pri prechode, ktorým sa náhle mení chemické zloženie, štruktúra a vlastnosti látky.
Kryštalizácia je proces izolácie pevnej fázy vo forme kryštálov z roztokov alebo tavenín v chemickom priemysle, proces kryštalizácie sa používa na získanie látok v ich čistej forme;
Kryštalizácia začína, keď sa dosiahne určitá limitná podmienka, napríklad podchladenie kvapaliny alebo nasýtenie pary, keď sa takmer okamžite objaví veľa malých kryštálov - kryštalizačné centrá. Kryštály rastú pripojením atómov alebo molekúl z kvapaliny alebo pary. Rast kryštálových plôch prebieha vrstva po vrstve; okraje neúplných atómových vrstiev (kroky) sa pri svojom raste pohybujú pozdĺž plochy. Závislosť rýchlosti rastu od podmienok kryštalizácie vedie k rôznym rastovým formám a kryštálovým štruktúram (polyedrické, lamelárne, ihlovité, skeletové, dendritické a iné formy, ceruzkové štruktúry atď.). Počas procesu kryštalizácie nevyhnutne vznikajú rôzne defekty.
Počet kryštalizačných centier a rýchlosť rastu sú výrazne ovplyvnené stupňom podchladenia.
Stupeň podchladenia je úroveň ochladenia tekutého kovu pod teplotu jeho prechodu na kryštalickú (tuhú) modifikáciu. S.p. potrebné na kompenzáciu energie latentného kryštalizačného tepla. Primárna kryštalizácia je tvorba kryštálov v kovoch (zliatiny a kvapaliny) pri prechode z kvapalného do tuhého stavu.
· Odparovanie - proces fázového prechodu látky z kvapalného do parného alebo plynného skupenstva, prebiehajúci na povrchu látky. Proces vyparovania je opakom procesu kondenzácie (prechod z parného do kvapalného stavu). Pri vyparovaní častice (molekuly, atómy) vyletujú (odlamujú) z povrchu kvapaliny alebo pevnej látky a ich kinetická energia musí byť dostatočná na vykonanie práce potrebnej na prekonanie príťažlivých síl od iných molekúl kvapaliny.
· Kondenzácia výpary (lat. kondenzovať- akumulovať, kondenzovať, zahusťovať) - prechod látky do kvapalného alebo pevného skupenstva z plynného skupenstva (reverzný proces sa nazýva tzv. sublimácia). Maximálna teplota, pod ktorou dochádza ku kondenzácii, sa nazýva kritická. Para, z ktorej môže dochádzať ku kondenzácii, môže byť nasýtená alebo nenasýtená.
· Sublimácia - prechod látky z pevného skupenstva priamo do plynného skupenstva s obchádzaním kvapalného skupenstva. Pretože počas sublimácie sa mení špecifický objem látky a absorbuje sa energia ( teplo sublimácie), sublimácia je fázový prechod prvého poriadku.
Opačným procesom je desublimácia. Príkladom desublimácie sú také atmosférické javy, ako je námraza na povrchu zeme a námraza na vetvách stromov a drôtoch.
· Desublimácia -- fyzikálny proces prechodu látky z plynného do tuhého skupenstva, pričom sa obchádza kvapalné skupenstvo. Príkladom desublimácie je výskyt ľadových vzorov na okennom skle v zime a také atmosférické javy ako mráz a mráz.
Počas desublimácie sa uvoľňuje energia. Desublimácia je exotermický fázový prechod.
Opačným procesom je sublimácia (sublimácia).
4. Súhrnné stavy látok
4.1 Pojem plynná látka
Vyparovanie je tvorba pary, ktorá sa vyskytuje z povrchu kvapaliny. Rôzne molekuly kvapaliny sa pri rovnakej teplote pohybujú rôznymi rýchlosťami. Ak dostatočne „rýchla“ molekula skončí na povrchu kvapaliny, môže prekonať príťažlivosť susedných molekúl a vyletieť z kvapaliny. Molekuly emitované z povrchu kvapaliny tvoria paru. Súčasne s vyparovaním sa molekuly prenášajú z pary do kvapaliny. Fenomén premeny pary na kvapalinu sa nazýva kondenzácia. Ak nedôjde k prítoku energie do kvapaliny zvonku, potom sa vyparujúca sa kvapalina ochladí. Kondenzácia pary je sprevádzaná uvoľňovaním energie. Rýchlosť vyparovania kvapaliny závisí od druhu kvapaliny a jej teploty, od jej povrchu a od pohybu vzdušných hmôt (vietor) po povrchu kvapaliny. Var je vyparovanie zvnútra a z povrchu kvapaliny. Pri zahrievaní kvapaliny v nej postupne rastú vzduchové bubliny (v nej rozpustené). Archimedova sila pôsobiaca na bubliny sa zvyšuje, vznášajú sa a prasknú. Tieto bubliny obsahujú nielen vzduch, ale aj vodnú paru, pretože kvapalina sa vo vnútri týchto bublín vyparuje. Bod varu je teplota, pri ktorej kvapalina vrie. Počas procesu varu pri t o = konštanta by sa mala kvapaline dodať energia výmenou tepla, t.j. pridať výparné teplo
Výparné teplo je úmerné hmotnosti látky premenenej na paru. Hodnota je špecifické teplo vyparovania. Ukazuje, koľko tepla je potrebné na premenu 1 kg kvapaliny na paru pri konštantnej teplote. Meria sa v J/kg, kJ/kg. Najväčšia časť výparného tepla sa spotrebuje na rozbitie väzieb medzi časticami, časť ide na prácu vykonanú pri expanzii pary. So zvyšujúcim sa tlakom sa zvyšuje bod varu kvapaliny a znižuje sa špecifické teplo vyparovania.
Čím je plyn ľahší, t.j. Čím nižšia je atómová hmotnosť látky, tým je väčšia.
Molekuly kvapaliny, ktoré sa podieľajú na tepelnom pohybe, sa navzájom neustále zrážajú. To vedie k tomu, že niektoré z nich získajú kinetickú energiu dostatočnú na prekonanie molekulárnej príťažlivosti. Takéto molekuly, ktoré sú na povrchu kvapaliny, z nej vyletujú a vytvárajú paru (plyn) nad kvapalinou. Molekuly pary, ktoré sa chaoticky pohybujú, narážajú na povrch kvapaliny. V tomto prípade sa niektoré z nich môžu zmeniť na kvapalinu. Tieto dva procesy odchodu molekúl kvapaliny a ich návratu do kvapaliny prebiehajú súčasne. Ak je počet unikajúcich molekúl väčší ako počet vracajúcich sa molekúl, potom hmotnosť kvapaliny klesá, t.j. kvapalina sa odparí, ak sa naopak množstvo kvapaliny zvýši, t.j. pozoruje sa kondenzácia pary. Je možný prípad, keď sa hmotnosti kvapaliny a pary umiestnené nad ňou nemenia. To je možné, keď sa počet molekúl opúšťajúcich kvapalinu rovná počtu molekúl, ktoré sa do nej vracajú. Tento stav sa nazýva dynamická rovnováha a para, ktorá je v dynamickej rovnováhe so svojou kvapalinou, sa nazýva nasýtená. Ak medzi parou a kvapalinou neexistuje dynamická rovnováha, potom sa nazýva nenasýtená. Je zrejmé, že nasýtená para má pri danej teplote určitú hustotu, ktorá sa nazýva rovnováha.
Množstvo tepla, ktoré sa musí odovzdať jednotkovej hmotnosti kvapaliny, aby sa premenila na paru pri konštantnej teplote, sa nazýva špecifické teplo vyparovania. Špecifické teplo vyparovania závisí od teploty kvapaliny a so zvyšujúcou sa teplotou klesá. Pri kondenzácii sa uvoľňuje množstvo tepla vynaloženého na odparovanie kvapaliny. Kondenzácia je proces prechodu z plynného skupenstva do kvapalného skupenstva.
Vedie k tomu nerovnomerné rozloženie kinetickej energie tepelného pohybu. Že pri akejkoľvek teplote môže kinetická energia niektorých molekúl prevýšiť potenciálnu väzbovú energiu so zvyškom. Vyparovanie je proces, pri ktorom molekuly unikajú z povrchu kvapaliny alebo pevnej látky. Odparovanie je sprevádzané ochladzovaním, pretože rýchlejšie molekuly opúšťajú kvapalinu. Odparovanie kvapaliny v uzavretej nádobe pri konštantnej teplote vedie k zvýšeniu koncentrácie molekúl v plynnom stave. Po určitom čase nastane rovnováha medzi počtom molekúl, ktoré sa vyparujú, a tými, ktoré sa vracajú do kvapaliny.
Plynná látka v dynamickej rovnováhe so svojou kvapalinou sa nazýva nasýtená para. Para pri tlaku pod tlakom nasýtených pár sa nazýva nenasýtená. Tlak nasýtených pár nezávisí od objemu pri konštantnej teplote. Pri konštantnej koncentrácii molekúl sa tlak nasýtených pár zvyšuje rýchlejšie ako tlak ideálneho plynu, pretože Pod vplyvom teploty sa zvyšuje počet molekúl. Pomer tlaku vodnej pary pri danej teplote k tlaku nasýtenej pary pri rovnakej teplote, vyjadrený v percentách, sa nazýva relatívna vlhkosť. Čím nižšia je teplota, tým nižší je tlak nasýtených pár, takže po ochladení na určitú teplotu sa para stane nasýtenou. Táto teplota sa nazýva rosný bod t p.
4.2 Pojem tekutá hmota
Molekuly v kvapaline sú umiestnené dostatočne blízko seba, takže pri pokuse o stlačenie kvapaliny vznikajú veľké odpudivé sily. Z toho vyplýva nízka stlačiteľnosť kvapalín. Molekuly vedú sedavý život, v priemere je to 10 -11 s. Kvapaliny sú tekuté, t.j. nezachovávajú svoj tvar
Nechajte kvapalinu zaberať časť objemu uzavretej nádoby. Pri akejkoľvek teplote je vo vnútri kvapaliny množstvo dostatočne energetických molekúl, ktoré sú schopné rozbiť väzby so susednými molekulami a vyletieť z kvapaliny. Čím vyššia je teplota a za prítomnosti vetra, tým rýchlejšie dochádza k odparovaniu. Zároveň v pare, ktorá zaberá zostávajúci objem vo vnútri nádoby, budú vždy molekuly, ktoré letia späť do kvapaliny a nemôžu vyletieť späť. V tejto nádobe teda neustále prebiehajú dva konkurenčné procesy – vyparovanie a spätná kondenzácia. Keď sa počet molekúl opúšťajúcich kvapalinu rovná počtu molekúl, ktoré sa vracajú späť, potom nastane dynamická rovnováha medzi kvapalnou a plynnou fázou a hovorí sa, že para dosiahla nasýtenie.
So zvyšujúcou sa teplotou kvapaliny sa zvyšuje rýchlosť vyparovania a kvapalina začína vrieť. Pri vare sa v celom objeme kvapaliny vytvárajú rýchlo rastúce bubliny pary, ktoré vyplávajú na povrch. Teplota varu kvapaliny zostáva konštantná. Je to spôsobené tým, že všetka energia dodávaná kvapaline sa vynakladá na jej premenu na paru.
Kvapaliny vždy obsahujú rozpustené plyny, ktoré sa uvoľňujú na dne a stenách nádoby, ako aj na prachových časticiach suspendovaných v kvapaline. Kvapalné pary, ktoré sú vo vnútri bublín, sú nasýtené. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje tlak pary a bubliny sa zväčšujú. Pod vplyvom vztlakovej sily sa vznášajú nahor. Ak majú horné vrstvy kvapaliny nižšiu teplotu, dochádza ku kondenzácii pár v bublinách v týchto vrstvách. Tlak rýchlo klesá a bubliny sa zrútia. Kolaps nastáva tak rýchlo, že sa steny bubliny zrazia a vyvolajú niečo ako výbuch. Mnoho takýchto mikrovýbuchov vytvára charakteristický hluk. Keď sa tekutina dostatočne zahreje, bubliny prestanú srážať a vyplávajú na povrch. Kvapalina bude vrieť. Pred varením kanvica takmer prestane vydávať hluk.
Závislosť tlaku nasýtených pár od teploty vysvetľuje, prečo bod varu kvapaliny závisí od tlaku na jej povrchu. Bublina pary môže rásť, keď tlak nasýtenej pary v nej mierne prevyšuje tlak v kvapaline, ktorý je súčtom tlaku vzduchu na povrchu kvapaliny (vonkajší tlak) a hydrostatického tlaku stĺpca kvapaliny. Var začína pri teplote, pri ktorej sa tlak nasýtených pár v bublinách rovná tlaku v kvapaline. Čím väčší je vonkajší tlak, tým vyšší je bod varu a naopak, pri znižovaní vonkajšieho tlaku sa bod varu znižuje.
Každá kvapalina má svoj vlastný bod varu, ktorý závisí od tlaku nasýtených pár. Čím vyšší je tlak nasýtených pár, tým nižšia je teplota varu príslušnej kvapaliny, pretože pri nižších teplotách sa tlak nasýtených pár rovná atmosférickému tlaku.
Kritická teplota je teplota, pri ktorej miznú rozdiely vo fyzikálnych vlastnostiach medzi kvapalinou a jej nasýtenou parou. Koncept kritickej teploty zaviedol D. I. Mendelejev. Pri kritickej teplote sa hustota a tlak nasýtenej pary stanú maximálnymi a hustota kvapaliny v rovnováhe s parou sa stane minimálnou. Zvláštny význam kritickej teploty spočíva v tom, že pri teplote vyššej ako kritická teplota sa plyn nemôže premeniť na kvapalinu pri akomkoľvek tlaku. Plyn s teplotou pod kritickou teplotou je nenasýtená para.
4.3 Pojem tuhej hmoty
V pevnej látke môžu atómy alebo molekuly vibrovať iba okolo určitých rovnovážnych polôh. Pevné látky si preto zachovávajú tvar aj objem. V kryštalických tuhých látkach tvoria centrá atómov (molekúl) priestorovú mriežku, v uzloch ktorej sú atómy látky. Amorfné pevné látky nemajú tuhú štruktúru a skôr pripomínajú mrazené kvapaliny.
Prechod látky z pevnej látky na kvapalinu sa nazýva topenie. Opačný proces sa nazýva vytvrdzovanie. Teplota, pri ktorej sa látka topí (tuhne), sa nazýva teplota topenia (tuhnutia) látky. Teploty topenia a tuhnutia pre danú látku za rovnakých podmienok sú rovnaké. Pri tavení (tvrdnutí) sa teplota látky nemení. To však neznamená, že pri procese topenia nie je potrebné dodávať telu energiu. Prax ukazuje, že ak sa zastaví dodávka energie výmenou tepla, zastaví sa aj proces tavenia. Pri tavení teplo dodávané do tela smeruje k redukcii väzieb medzi časticami látky, t.j. na zničenie kryštálovej mriežky. Súčasne sa zvyšuje energia interakcie medzi časticami. Malá časť tepla počas topenia sa vynakladá na prácu na zmenu objemu tela, pretože u väčšiny látok sa objem počas topenia zväčšuje. Počas procesu topenia sa do tela dodáva určité množstvo tepla, ktoré sa nazýva teplo topenia. Teplo topenia je úmerné hmotnosti roztavenej látky. Množstvo (lambda) sa nazýva špecifické teplo topenia látky. Merné teplo topenia ukazuje, koľko tepla je potrebné na roztavenie jednotkovej hmotnosti danej látky pri jej bode topenia. Meria sa v J/kg, kJ/kg.
4.4 Pojem plazma
Termín „plazma“ navrhli americkí fyzici Langmuir a Tonks v roku 1923. Plazma je normálna forma existencie hmoty pri teplotách okolo 10 000 stupňov a vyšších, je to plyn, v ktorom je podstatná časť atómov alebo molekúl ionizovaná. Prekvapivo je plazma najbežnejším stavom hmoty v prírode a predstavuje asi 99% hmotnosti vesmíru. Slnko a hviezdy, ako už bolo spomenuté vyššie, nie sú nič iné ako zhluky vysokoteplotnej plazmy, z plazmy je vytvorená aj horná vrstva zemského atmosférického obalu, takzvaná ionosféra a ešte vyššie sú umiestnené radiačné pásy obsahujúce plazmu. . Polárne žiary, blesky, vrátane guľových bleskov, sú rôzne typy plazmy, ktoré možno pozorovať v prirodzených podmienkach na Zemi. A len nepodstatnú časť Vesmíru tvorí pevná hmota – planéty, asteroidy a prachové hmloviny. Plazma má navyše veľmi zaujímavé vlastnosti, ktoré sa čoraz viac využívajú pri vývoji venovanom veľkým problémom moderných technológií. Predstavte si uzavretú nádobu vyrobenú z veľmi žiaruvzdorného materiálu, ktorý obsahuje malé množstvo nejakej látky. Postupným zvyšovaním jej teploty budeme nádobu zahrievať spolu s látkou v nej obsiahnutou. Nechajte látku obsiahnutú v nádobe spočiatku v pevnom stave. V určitom okamihu sa táto látka začne topiť a pri ešte vyššej teplote sa odparí. Výsledný plyn rovnomerne vyplní celý objem. Keď teplota dosiahne dostatočne vysokú úroveň, všetky molekuly plynu, ak ide o molekulárny plyn, disociujú – rozpadajú sa na jednotlivé atómy. V dôsledku toho zostane v nádobe plynná zmes prvkov, ktoré tvoria látku. Atómy tejto látky, ktoré z času na čas zažívajú vzájomné kolízie, sa budú pohybovať rýchlo a náhodne.
5. Kvantový fázový prechod
Kvantový fázový prechod(kvantová fázová transformácia) - prechod látky z jednej kvantovej termodynamickej fázy do druhej pri zmene vonkajších podmienok, ku ktorému však dochádza pri absencii tepelných výkyvov, to znamená, keď. Systém je teda prestavaný pod vplyvom niektorých netepelných parametrov (napríklad tlaku alebo magnetického poľa).
Klasický fázový prechod je opísaný diskontinuitou v termodynamických funkciách daného systému. Takáto medzera naznačuje, že častice systému sa preskupujú. Typickým príkladom tohto správania je prechod vody z kvapalného do pevného skupenstva (ľad). Za procesy prebiehajúce počas klasických fázových prechodov sú zodpovedné dva konkurenčné parametre: energia systému a entropia jeho tepelných fluktuácií. Pri nulovej teplote neexistuje entropia klasického systému, takže nemôže dôjsť k fázovému prechodu. kvantový agregát fázového prechodu
V kvantovom mechanickom systéme však dochádza ku kvantovým fluktuáciám, ktoré sú zodpovedné za fázový prechod. Kvantové fluktuácie teda môžu preniesť systém do inej fázy. Tieto kvantové fluktuácie sú riadené netepelnými parametrami, ako je tlak a koncentrácia.
Systém, ktorý prechádza kvantovým fázovým prechodom prvého rádu, je hélium. Pri atmosférickom tlaku sa nepremieňa na pevnú fázu ani pri absolútnej nule. Avšak pri tlakoch nad 25 atmosfér hélium kryštalizuje do šesťuholníkového obalu.
Najvýraznejším predstaviteľom materiálov, v ktorých dochádza ku kvantovému fázovému prechodu druhého rádu, je špirálový feromagnet MnSi. Tento materiál má pri normálnom tlaku kritickú teplotu prechodu z paramagnetického stavu do slabého feromagnetického stavu 29 K. Ak sa však aplikuje vonkajší hydrostatický tlak rádovo 14,6 kbar, v dôsledku toho nastáva kvantový fázový prechod.
6. Fázové prechody druhého rádu
Zmena symetrie
Fázové prechody druhého rádu sú sprevádzané zmenou symetrie látky. Zmena symetrie môže byť spojená s posunom atómov určitého typu v kryštálovej mriežke alebo so zmenou poradia látky.
Vo väčšine prípadov fáza s väčšou symetriou (t.j. vrátane všetkých symetrií inej fázy) zodpovedá vyšším teplotám, existujú však výnimky. Napríklad pri prechode cez nižší Curieov bod v Rochelleovej soli má fáza zodpovedajúca nižšej teplote ortorombickú symetriu, zatiaľ čo fáza zodpovedajúca vyššej teplote má monoklinickú symetriu.
Na kvantitatívnu charakterizáciu symetrie počas fázového prechodu druhého rádu sa zavedie parameter rádu, ktorý vo fáze s väčšou symetriou nadobúda nenulové hodnoty a v neusporiadanej fáze je identicky rovný nule.
Teoretický popis fázových prechodov druhého rádu
Landauova teória
Teória stredného poľa je úplne prvým a najjednoduchším spôsobom, ako teoreticky opísať kritické javy. Na tento účel je hamiltonián s viacerými časťami linearizovaný, to znamená, že je v skutočnosti nahradený jedným parciálnym hamiltoniánom s nejakým efektívnym samokonzistentným poľom. Prechádzame teda od interakcie krátkeho dosahu k interakcii na veľké vzdialenosti, teda k interakcii s formálne nekonečným polomerom. Zanedbávame aj korelačné efekty.
Použitie teórie stredného poľa na opis fázových prechodov je v skutočnosti ekvivalentné použitiu Landauovej teórie, to znamená expanzie funkčnej voľnej energie v mocninách parametra rádu blízko kritického bodu.
Pri popise fázových prechodov sa zvyčajne predpokladá, že efektívne pole je úmerné parametru poradia. Faktor úmernosti je spravidla priemerná interakčná energia častíc systému. V magnetoch sa teda zvažuje vplyv lokálneho magnetického poľa vytvoreného susednými spinmi na jednotlivé spiny elektrónov.
Kritické ukazovatele pre magnet v Landauovej teórii:
Pre ostatné systémy - antiferomagnet, binárnu zliatinu a systém kvapalina-para, poskytuje teória stredného poľa rovnaké kritické ukazovatele.
Kritické exponenty získané v teórii stredného poľa sú v slabej zhode s experimentálnymi hodnotami. Predpovedá však úplnú univerzálnosť ukazovateľov, teda ich nezávislosť od detailov teórie.
Hlavnou nevýhodou teórie je, že nie je použiteľná v prípadoch, keď sa fluktuácie parametra rádu stanú významnými, teda priamo v blízkosti bodu fázového prechodu: Landauova teória platí, pokiaľ fluktuácie v objeme s lineárnymi rozmermi rádovo korelačného polomeru sú malé v porovnaní s rovnovážnou hodnotou parametra rádu. V opačnom prípade nie je termodynamický prístup použiteľný. Pre samotné body fázového prechodu teória poskytuje nadhodnotené hodnoty a kritické ukazovatele, ktoré predpovedá, sa líšia od experimentálnych hodnôt. Okrem toho kritické exponenty podľa teórie stredného poľa nezávisia od rozmerov priestoru a parametra rádu. Pre systémy s rozmermi d=1, d=2 nie je teória stredného poľa vôbec použiteľná.
· Príklady fázových prechodov druhého rádu
· prechodový paramagnet-feromagnet alebo paramagnet-antiferomagnet (parameter poradia - magnetizácia),
· prechod kovov a zliatin do stavu supravodivosti (parameter poriadku - hustota supravodivého kondenzátu),
· prechod kvapalného hélia do supratekutého stavu (pp. - hustota supratekutej zložky),
· prechod amorfných materiálov do sklovitého stavu.
7. Fázová rovnováha
Fázová rovnováha v termodynamike - stav, v ktorom sú fázy v termodynamickom systéme v stave tepelný,mechanický A chemický rovnováhu.
Typy fázových rovnováh:
Tepelná rovnováha znamená, že všetky fázy látky v systéme majú rovnakú teplotu.
Mechanické vyváženie znamená rovnosť tlakov na opačných stranách rozhrania medzi kontaktnými fázami. Presne povedané, v reálnych systémoch sú tieto tlaky len približne rovnaké, rozdiel tlakov je spôsobený povrchovým napätím.
Chemická rovnováha sa vyjadruje v rovnosti chemických potenciálov všetkých fáz látky.
Podmienka fázovej rovnováhy
Uvažujme chemicky homogénny systém (pozostávajúci z častíc rovnakého typu). Nech má tento systém rozhranie medzi fázami 1 a 2. Ako už bolo uvedené vyššie, rovnováha fáz vyžaduje rovnosť teplôt a tlakov na rozhraní. Že stav termodynamickej rovnováhy v systéme s konštantnou teplotou a tlakom zodpovedá minimálnemu bodu Gibbsovho potenciálu.
Gibbsov potenciál takéhoto systému bude rovnaký
kde a sú chemické potenciály a a sú počty častíc v prvej a druhej fáze.
V tomto prípade sa súčet (celkový počet častíc v systéme) nemôže zmeniť, takže môžeme písať
Predpokladajme, že pre istotu . Potom sa samozrejme dosiahne minimum Gibbsovho potenciálu (všetka hmota prešla do prvej fázy).
Fázová rovnováha je teda možná iba vtedy, ak sú chemické potenciály týchto fáz na opačných stranách rozhrania rovnaké:
Claperonova-Clausisova rovnica
Z podmienky fázovej rovnováhy môžeme získať závislosť tlaku v rovnovážnom systéme od teploty. Keď už hovoríme o rovnováhe kvapalina - para, potom pod tlakom rozumieme tlak nasýtených pár a závislosť je tzv krivka odparovania.
Z podmienky rovnosti chemických potenciálov vyplýva podmienka rovnosti špecifických termodynamických potenciálov:, kde
Gibbsov potenciál i-tej fázy je jej hmotnosť.
čo znamená
kde a sú špecifický objem a entropia fáz. Z toho vyplýva
a nakoniec
kde je špecifické teplo fázového prechodu (napríklad špecifické teplo topenia alebo špecifické teplo vyparovania).
Posledná rovnica sa nazýva Clapeyron-Clausiusova rovnica.
Gibbsovo fázové pravidlo
termodynamická rovnováha, počet fáz nemôže prekročiť počet komponentov zvýšený o 2; založil J. W. Gibbs v rokoch 1873-76.
Uvažujme teraz o systéme, ktorý je vo všeobecnosti chemicky heterogénny (pozostáva z niekoľkých látok). Nech je počet komponentov (látok) v systéme a nech je počet fáz. Stav fázovej rovnováhy pre takýto systém možno zapísať ako systém rovníc:
Tu je chemický potenciál pre i-tú zložku v j-tej fáze. Je jednoznačne určená tlakom, teplotou a koncentráciou každej zložky vo fáze. Koncentrácie zložiek nie sú nezávislé (ich súčet je 1). Preto uvažovaný systém rovníc obsahuje neznáme (koncentrácie zložiek vo fázach plus teplota a tlak).
Systém je vo všeobecnosti riešiteľný, ak počet rovníc nepresahuje počet neznámych (riešiteľný môže byť aj systém, ktorý túto podmienku nespĺňa, ale ide o výnimočný prípad, ktorý možno vo fyzike ignorovať). Preto
to znamená, že počet fáz v rovnovážnom systéme môže prekročiť počet komponentov najviac o dve.
Posledná nerovnosť je tzv Gibbsovo fázové pravidlo. V konkrétnom prípade pre jednozložkový (chemicky homogénny systém) prechádza do stavu
Bibliografia
1. Artsimovič L.A. Elementárna fyzika plazmy, M.: INFRA-M, 2001.-597s.
2. Zeldovich B.I., Myshkis A.D. Prvky matematickej fyziky. - M.: Vzdelávanie, 2001. - 352 s.
3. Kibets I.N., Kibets V.I. fyzika. Adresár. - Charkov: Folio; Rostov n/d: Phoenix, 2003.-587 s.
4. Ruzavin G.I. Pojmy moderných prírodných vied. M.: INFRA-M, 2003.-722 s.
5. Savelyev I.V. T. 1. Mechanika. Molekulárna fyzika: Učebnica. manuál pre vysokoškolákov. - M.: Nauka, 2002. - 432 s.
6. Frank-Kamenetsky D.A. Plazma je štvrtý stav hmoty, M, Osvietenie, 2001.- 679 s.
7. Internet https://ru.wikipedia.org
Uverejnené na Allbest.ru
Podobné dokumenty
Dosiahnutie poriadku zbavením systému tepelnej energie. Súhrnné skupenstvo látok: pevné, kvapalné a plynné. Organizácia atómov v kryštáloch, vlastnosti supravodivosti a magnetizmu. Feromagnetika v podmienkach fázových prechodov.
abstrakt, pridaný 26.09.2009
Odchýlka plynov od ideálu. Van der Waalsov vzorec. Termodynamické veličiny klasickej plazmy. Kritické javy pri fázových prechodoch. Fázové prechody a metastabilné stavy. Kinetika fázových prechodov a problém rastu kvázikryštálov.
abstrakt, pridaný 02.07.2016
Koeficient tepelnej rozťažnosti, vzorce. Fázové prechody prvého a druhého rádu v termodynamike. Topenie a kryštalizácia, odparovanie a kondenzácia, sublimácia a desublimácia. Graf zmien objemu vody v závislosti od teploty a času.
laboratórne práce, doplnené 22.09.2013
prezentácia, pridané 22.10.2013
Fyzický stav tela, jeho typy a vlastnosti. Procesy prechodu z jedného stavu do druhého. Topenie je prechod látky z kryštalického (tuhého) do kvapalného stavu. Špecifické teplo topenia, topenia a bodu varu vody.
abstrakt, pridaný 01.08.2011
Pojem fázový prechod a rozpustnosť v tuhej fáze. Typy fázových diagramov. Systémy, ich význam v mikroelektronike. Fázové diagramy, v ktorých sa kremík objavuje ako jedna zo zložiek. Dvojfázový diagram a proces tuhnutia.
abstrakt, pridaný 23.06.2010
Pojem hmoty a jej skupenstva (tuhá, kvapalná, plynná, plazma), vplyv teplotných zmien. Fyzikálny stav plynu, charakterizovaný nasledujúcimi veličinami: teplota, tlak, objem. Formulácia plynových zákonov: Boyle-Mariotte, Gay-Lussac.
prezentácia, pridané 04.09.2014
Pojem a predmet termodynamiky. Stanovenie objemového zloženia a priemernej molárnej hmotnosti zmesi, ako aj výpočet čiastkových objemov zložiek. Charakteristika fázovej rovnováhy a fázových prechodov. Základný úvod do chemickej termodynamiky.
test, pridané 29.03.2015
Pojem a hlavné štádiá kryštalizácie ako proces fázového prechodu látky z kvapalného do tuhého kryštalického stavu s tvorbou kryštálov. Fyzikálne opodstatnenie tohto procesu v prírode. Druhy kryštálov a princípy ich rastu.
prezentácia, pridané 18.04.2015
Fázy sa nazývajú homogénne rôzne časti fyzikálnych a chemických systémov. Fázové prechody prvého a druhého rádu. Ideálne a skutočné plyny. Molekulárno-kinetická teória kritických javov. Charakteristika supratekutosti a supravodivosti prvkov.
- TERMODYNAMIKA
- FÁZOVÉ PRECHODY
- POTENCIÁL GIBBS
- EHRENFESTOVÉ ROVNICE
- ISING MODEL
- SUPERFLUIDITA
Článok načrtáva teóriu fázových prechodov druhého rádu, podmienky, charakteristiky a podstatu procesu. Z praktického hľadiska umožňuje štúdium objektu predpovedať vlastnosti niektorých fáz látky na základe charakteristík iných.
- Vznik a definícia pojmu kvantová teleportácia
- Sortimentná politika siete supermarketov Bars v meste Ryazan
- Porovnávacia analýza softvérových produktov na hodnotenie investičných projektov
Úvod
Fáza je v termodynamike prechod látky z jednej termodynamickej fázy do druhej pri zmene vonkajších podmienok (teplota, tlak, magnetické a elektrické polia atď.). Existujú dva typy fázových prechodov:
- Fázové prechody prvého rádu. Vyznačujú sa náhlou zmenou termodynamických charakteristík látky, ako je hustota a koncentrácia v závislosti od teploty a tlaku. V tomto prípade sa určité množstvo tepla (teplo prechodu) uvoľní alebo absorbuje na jednotku hmotnosti. Keďže energia a objem sú prvé deriváty voľnej energie vzhľadom na teplotu a tlak, potom počas týchto fázových prechodov sú prvé deriváty voľnej energie nespojitou funkciou (odtiaľ názov). Príkladmi takýchto prechodov sú topenie a kryštalizácia, vyparovanie a kondenzácia, sublimácia a desublimácia.
- Fázové prechody druhého rádu. V tomto prípade sa hustota a vnútorná energia nemení, v dôsledku čoho takýto fázový prechod nemusí byť vizuálne pozorovaný.
Ak je systém jednozložkový, potom sa pojem fázy zhoduje s pojmom stavu agregácie látky; Transformácie prvého druhu sú teda „zrejmejšie“: sú sprevádzané uvoľňovaním tepla a zmenou fyzikálnych vlastností (tvar, objem). Čo sa deje počas fázových prechodov druhého rádu?
Fázové prechody druhého rádu
Špecifický termodynamický potenciál zostáva nepretržitý počas akýchkoľvek prechodov, ale jeho deriváty môžu mať diskontinuitu. Fázové transformácie, v ktorých prvé derivácie tej istej funkcie zostávajú spojité a druhé derivácie sa náhle menia, sa nazývajú fázové transformácie druhého druhu.
Fázové prechody sa zisťujú zmenami vlastností a charakteristík látky v momente fázového prechodu. Ktorá fáza látky je za určitých podmienok stabilná, určuje jeden z termodynamických potenciálov. Pri danej teplote a objeme ide o Helmholtzovu voľnú energiu F(V, T pri danej teplote a tlaku, ide o Gibbsov potenciál G(T, p); Helmholtzov potenciál F je rozdiel medzi vnútornou energiou látky E a jej entropiou S, vynásobený absolútnou teplotou T:
Energia aj entropia v (1) sú funkciami vonkajších podmienok (tlak p a teplota T) a fáza, ktorá sa realizuje za určitých vonkajších podmienok, má zo všetkých možných fáz najmenší Gibbsov potenciál. Keď sa zmenia vonkajšie podmienky, môže sa ukázať, že voľná energia inej fázy sa zmenšila. K zmene vonkajších podmienok dochádza vždy nepretržite, a preto ju možno opísať určitou závislosťou objemu sústavy od teploty V = f (T). Berúc do úvahy túto zhodu v hodnotách T a V, môžeme povedať, že zmena fázovej stability a prechod látky z jednej fázy do druhej nastáva pri určitej teplote T 0 pozdĺž termodynamickej dráhy V = f ( T) a hodnoty F (T, V (T) ) pre obe fázy sú funkciami teploty v blízkosti tohto bodu Ft = Fi(To,T).
V blízkosti T 0 možno závislosť F j (T, V(T)) pre jednu a F 2 (T, V(T)) pre druhú fázu aproximovať polynómami v závislosti od teplotného rozdielu T - T 0.
Rozdiel medzi voľnými energiami dvoch fáz má formu
Zatiaľ čo rozdiel T - T 0 je pomerne malý, môžeme sa obmedziť len na prvý člen a tvrdiť, že ak a 1 > a 2, potom pri nízkych teplotách (T< T 0) стабильна фаза I, при высоких температурах - фаза II. В самой точке перехода (Т = Т 0) первая производная свободной энергии по температуре испытывает скачок: при Т < Т 0 dF/dT = а 1 , при Т >To dF/dT = a 2. Podľa definície je dF/dT entropia látky. V dôsledku toho počas fázového prechodu entropia zažije skok, ktorý určuje teplo prechodu Q, pretože Q = (S 1 - S 2)/T. Ide o prechody prvého druhu.
Je však možné, že sa zhodujú nielen voľné energie, ale aj ich teplotné deriváty, teda a1 = a2. Táto teplota by nemala byť izolovaná; skutočne, s F 1 (T 0) = F 2 (T 0) a a 1 = a 2 v prvej aproximácii vzhľadom na T - T 0:
a v tomto bode nenastane fázový prechod: Gibbsov potenciál, ktorý bol menší pri T< T 0 , будет меньше и при Т >T 0. Niekedy však existujú dôvody, aby F 1 (T 0) = F 2 (T 0) a a 1 = a 2 boli splnené súčasne, keď T = T 0. Potom sa fáza I stane nestabilnou vzhľadom na vnútorné stupne voľnosti pri T > T 0 a fáza II pri T< Т 0 . В этом случае и происходят переходы второго рода. Название связано с тем, что при переходах второго рода происходит скачок только второй производной потенциала Гиббса по температуре, а вторая производная свободной энергии по температуре определяет теплоемкость вещества.
Pri prechodoch druhého rádu by sa teda mal pozorovať skok v tepelnej kapacite látky, ale nemalo by sa uvoľňovať žiadne teplo.
Aké sú dôvody nevyhnutných podmienok na prechod druhého druhu? Ide o to, že pre T > T 0 aj pre T< Т 0 существует одно и то же вещество. Взаимодействия между элементами, его составляющими, не изменяются скачком, это и есть физическая природа того, что термодинамические потенциалы для обеих фаз не могут быть независимыми.
Ehrenfestove rovnice
Fázové prechody prvého rádu charakterizuje Clapeyron-Clausiusova rovnica (kvázistatické procesy látkového prechodu). Podľa rovnice je teplo fázového prechodu (napríklad teplo topenia) určené výrazom:
Existuje funkčný vzťah medzi teplotou fázového prechodu a vonkajším tlakom: počas fázového prechodu derivácia (dp / dV) t podlieha diskontinuite. Pre fázové prechody druhého rádu nie je použiteľná Clapeyron-Clausiusova rovnica, pretože z podmienky rovnosti prvých derivácií špecifického termodynamického potenciálu
(7.1)
(7.2)
rovnosť špecifických entropií a objemov nasleduje: s 1 = s 2, V 1 = V 2.
To vedie k tomu, že na pravej strane rovnice sa čitateľ a menovateľ súčasne stanú nulou a v Clapeyron-Clausiusovej rovnici vzniká neistota tvaru 0/0.
Nájdite celkové diferenciály špecifických entropií a objemov a podľa vzorcov (7.1) a (7.2) ich prirovname
Transformujme výsledné výrazy. Derivát špecifickej entropie vzhľadom na teplotu v reverzibilnom procese môže byť reprezentovaný ako
(10)
kde q je špecifické teplo, c p je špecifická izobarická tepelná kapacita.
Pretože pre druhú deriváciu špecifického termodynamického potenciálu možno rovnosť napísať:
, To 
a potom (11)
(12)
Výsledné výrazy nám umožňujú napísať rovnice týkajúce sa derivácie tlaku na teplotu dP/dT (sklon rovnovážnej krivky) so skokmi v špecifickej izobarickej tepelnej kapacite c p a veličín (dV / dT) a (dV / dp) T súvisiacich s teplotným koeficientom objemovej rozťažnosti a koeficientom izotermickej stlačiteľnosti
, 
(14)
Tieto rovnice sa nazývajú Ehrenfestove rovnice a vyzerajú ako
, 
(15)
Model Ising
Hlavným princípom procesu fázového prechodu je maximálna pravdepodobnosť: v prírode sa realizuje iba najpravdepodobnejší stav súboru častíc. Charakterizujme stav systému s energiou E každej možnej konfigurácie častíc a počtom konfigurácií s touto energiou W(E). Pravdepodobnosť realizácie stavu súboru P(E) podľa Gibbsovho vzorca je rovná
(16)
kde k je Boltzmannova konštanta, T je absolútna teplota. Gibbsova voľná energia F je úmerná lnP(E). Ak chcete určiť, ktorý stav je realizovaný, musíte nájsť maximum P(E), kde E závisí od súboru vnútorných zovšeobecnených súradníc: polohy atómov, orientácia ich momentov, štruktúra atď.
Isingov model je model kryštálu s atómami upevnenými v pevných uzloch kryštálovej mriežky. Každému atómu je priradených niekoľko možných diskrétnych stavov (stupňov voľnosti). V pôvodnom Isingovom modeli existujú dva možné stavy atómu (zodpovedajúce magnetickému momentu, ktorý môže mať smer nahor a nadol na plochej štvorcovej mriežke). Funkcia F pre model by mala byť v rovnovážnom stave minimálna. Nájdite voľnú energiu pre Isingov model ako funkciu teploty. Keďže sa berú do úvahy iba dvojčasticové izotropné interakcie najbližších susedov, priemernú energiu momentového subsystému vo vonkajšom poli H ex možno zapísať v tvare
kde V je interakčná energia susedných atómov, a ij = 1, ak i a j sú najbližší susedia a a ij = 0 vo všetkých ostatných prípadoch. Veriť, že aproximácia je pravdivá
, (18)
kde n = - parameter objednávky.
V týchto aproximáciách sú stavy všetkých atómov nezávislé, čo znamená, že môžeme spočítať počet spôsobov, ako realizovať konfigurácie s danou energiou. Pravdepodobnosť smeru krútiaceho momentu nahor alebo nadol na jednom atóme v akceptovanej aproximácii stredného poľa neovplyvňuje jeho implementáciu v inom atóme. Pravdepodobnosť nezávislých udalostí pre takéto momenty sa rovná súčinu pravdepodobností jedného alebo druhého stavu atómu a z vlastností logaritmov (logaritmus súčinu sa rovná súčtu logaritmov) získame:
Kde 
, 
Urobme približný výpočet F pri výpočte vnútornej energie E = -NVr 2 - NrjH^. Pri výpočte pravdepodobnosti stavu s danou energiou sa uvažuje, že W, podobne ako E, je určené priemernou hodnotou momentu n, W je počet spôsobov, ktorými hodnota n = (N 1 - N 2 )/ N je možné realizovať, N je počet uzlov mriežky a N 1 a N 2 - počet momentov smerujúcich pozdĺž a proti vonkajšiemu poľu: N = N 1 + N 2. Je zrejmé, že počet spôsobov, ako umiestniť N 1 na N uzly, je:
Podľa Stirlingovho vzorca pre m→∞ln m! = m(lnm-1) a potom
Berúc do úvahy reciprocitu logaritmu a exponenciálnych funkcií, možno tvrdiť, že stavová rovnica n, ktorá približne určuje F(n), je ekvivalentná rovnici na približné určenie poľa v prvom prípade. Takže rovnice (6) alebo (8), keď sú dosadené do (5) alebo (7), poskytnú rovnaké rovnovážne hodnoty F (T) pre obe fázy; pre obe metódy výpočtu F Isingovho modelu z rovnosti F1(T) = F2(T) vyplýva a1 = a2.
Landauova teória
Z uvedených výpočtov je zrejmé, že pri približných výpočtoch Gibbsovho potenciálu pre Isingov model vzniká v medzistupňoch potenciál, ktorého minimá zodpovedajú Gibbsovým potenciálom rôznych fáz. Táto funkcia - Landauov potenciál - by mala existovať vždy, keď sú fázové štruktúry blízko seba. Do úvahy možno zaviesť, ak sa na reštrukturalizácii štruktúry počas prechodu z jednej fázy do druhej podieľa obmedzený počet stupňov voľnosti kryštálu (v popísanom príklade Isingovho modelu je parametrom poradia hustota feromagnetický moment kryštálu).
Landauova teória je založená na myšlienke spojenia medzi fázovým prechodom druhého rádu a zmenou v skupine symetrie fyzikálneho systému. L. D. Landau navrhol, že voľná energia akéhokoľvek systému musí spĺňať dve podmienky: byť analytickou funkciou a pozorovať symetriu Hamiltoniánu. Potom (v blízkosti kritickej teploty T 0) môže byť termodynamický Gibbsov potenciál rozšírený v mocninách rádového parametra:
kde a, b sú expanzné koeficienty, n je rádový parameter, t = T - T 0, h je intenzita poľa. Berúc do úvahy Isingov model, voľnú energiu možno zapísať takto:
Kde 
. (23)
Landau v tejto teórii ako prvý aplikoval koncept parametra poriadku - termodynamickej veličiny charakterizujúcej diaľkový poriadok v médiu, ktorý vzniká v dôsledku spontánneho narušenia symetrie.
Takže v bode prechodu sa objaví parameter poradia rovný nule v menej usporiadanej fáze a meniaci sa od nulových po nenulové hodnoty vo viac usporiadanej fáze. Výsledkom je, že zmena symetrie telesa počas fázového prechodu druhého rádu má nasledujúcu všeobecnú vlastnosť: symetria jednej z fáz je vyššia v porovnaní s druhou fázou (zatiaľ čo počas fázového prechodu prvého rádu, zmena symetrie tela nepodlieha žiadnym obmedzeniam). Vo väčšine prípadov symetrickejšia fáza zodpovedá vyšším teplotám a menej symetrická fáza nižším teplotám. Najmä prechod druhého rádu z usporiadaného do neusporiadaného stavu nastáva vždy so zvyšujúcou sa teplotou (výnimkou je Curieov bod Rochellovej soli, pod ktorým patrí kryštál do ortorombickej sústavy a nad ňou do monoklinickej sústavy).
Niektoré vlastnosti fázových prechodov druhého rádu sú spojené s existenciou nerovnovážneho Landauovho potenciálu. Napríklad pri prechodoch druhého rádu neplatí Gibbsovo fázové pravidlo: v jednom bode fázového diagramu p-T nemôžu koexistovať viac ako tri fázy tej istej látky. Pri odvodzovaní fázového pravidla sa v podstate využíva predpoklad nezávislosti ich Gibbsových potenciálov. Počas prechodov druhého rádu nie sú potenciály susedných fáz nezávislé. Preto nie je možná koexistencia viac ako troch fáz a viac ako tri fázy môžu hraničiť v jednom bode prechodu druhého rádu.
Niekoľko príkladov fázových prechodov druhého rádu
Najnázornejším príkladom fázového prechodu druhého rádu je premena kvapalného He I na kvapalný He II pri teplote 2,2 K a nižšej. S týmto fázovým prechodom je spojený kvantový jav supratekutosti, ktorý sa vyskytuje v He II. Tento jav objavil v roku 1938 P. L. Kapitsa a teoreticky ho vysvetlil sovietsky teoretický fyzik L. D. Landau.
Teória supratekutosti je založená na návrhu, že He II je zmes dvoch kvapalín, hoci z hľadiska kvantovej fyziky nemožno atómy He II rozdeliť na dva rôzne typy. Pre vnímanie je však najvhodnejšia klasická analógia a podľa nej je jedna zložka He II supratekutá a druhá normálna (nie supratekutá). Tok He II možno teda znázorniť ako toky dvoch kvapalín, pričom viskozita supratekutej zložky je nulová.
Fenomén supratekutosti spočíva práve v neprítomnosti viskozity v He II. Nedostatočná viskozita vedie k tomu, že He II môže prenikať cez veľmi úzke kapiláry (P.L. Kapitsa robil experimenty na prietoku He II medzi dvoma zábrusovými sklami), a tiež k tomu, že hladiny He II naliali do dvoch oddelených nádob. prepážkou postupne vyrovnávať v dôsledku tvorby plazivého filmu (pozri obr. 7.12).
Plazivá fólia má hrúbku menšiu ako 10" m. Keď sa pohybuje rýchlosťou niekoľkých desiatok centimetrov za sekundu, kvapalina preteká z jednej nádoby do druhej.
Normálna zložka pri svojom pohybe odovzdáva teplo, ale supratekutá zložka nie. Keď He II preteká úzkou medzerou, prúdi hlavne supratekutá časť He II. Preto prúdiaci He II musí mať nižšiu teplotu ako He II v nádobe, z ktorej prúdi. Tento jav sa použil na získanie ultra nízkych teplôt v desatinách kelvinu.
K fázovým prechodom druhého rádu patrí aj prechod niektorých látok do supravodivého stavu pri nízkych teplotách. Tento prechod je sprevádzaný poklesom elektrického odporu supravodičov na nulu. Príkladom fázového prechodu druhého rádu je prechod železa z feromagnetického do paramagnetického stavu v Curieovom bode. Patria sem aj prechody spojené so zmenou symetrie kryštálovej mriežky v prípadoch, keď sa typ symetrie mriežky pri prechode zmení (napríklad prechod z kubickej na tetragonálnu mriežku).
Počas fázového prechodu druhého rádu sa všetky vlastnosti látky plynule menia v celom objeme látky. Preto počas ich výskytu nie je možná existencia metastabilných stavov charakteristických pre fázové prechody prvého rádu.
Záver
Koncept prechodov druhého rádu má rozsiahly praktický význam: v mnohých prípadoch sa ukazuje ako produktívny pri predpovedaní vlastností niektorých fáz látky z charakteristík jej iných fáz.
Na začiatku práce sa zistilo, že existujú dva typy fázových prechodov. Ale stojí za zmienku, že moderná fyzika študuje aj systémy, ktoré majú fázové prechody tretieho alebo vyššieho rádu. V poslednej dobe sa napríklad rozšíril koncept kvantového fázového prechodu, t.j. fázový prechod riadený nie klasickými tepelnými fluktuáciami, ale kvantovými, ktoré existujú aj pri teplotách absolútnej nuly, kde klasický fázový prechod nemôže nastať kvôli Nernstovej vete.
Bibliografia
- Gufan Yu M. Termodynamická teória fázových prechodov. Rostov n/d: Vydavateľstvo Rostovskej univerzity, 1982.
- Landau L. D., Lifshits E. M. Teoretická fyzika. M.: Fizmatlit, 2002. T.5. Štatistická fyzika. Časť 1. 5. vydanie.
- Patashinsky A. Z., Pokrovsky V. L. Fluktuačná teória fázových prechodov, M.: Nauka, 1981.
- Sivukhin D.V. Všeobecný kurz fyziky. T. II. Termodynamika a molekulová fyzika. M.: Fizmatlit, 2002.
Skúmali sme prechody z kvapalného a plynného skupenstva na tuhé látky, teda kryštalizáciu, a reverzné prechody – topenie a sublimáciu. Predtým v kap. VII sme sa oboznámili s prechodom kvapaliny na paru - vyparovanie a spätným prechodom - kondenzáciou. Počas všetkých týchto fázových prechodov (premien) telo buď uvoľňuje alebo absorbuje energiu vo forme latentného tepla zodpovedajúceho prechodu (teplo topenia, teplo vyparovania atď.).
Fázové prechody sprevádzané náhlymi zmenami energie alebo iných veličín súvisiacich s energiou, ako je hustota, sa nazývajú fázové prechody prvého rádu.
Fázové prechody prvého rádu sú charakterizované náhlou zmenou vlastností látok, to znamená, že sa vyskytujú vo veľmi úzkom teplotnom rozsahu. Dá sa teda hovoriť o určitej prechodovej teplote alebo prechodovom bode: teplota varu, teplota topenia a
Teploty fázových prechodov závisia od vonkajšieho parametra - tlaku Pri danej teplote sa rovnováha fáz, medzi ktorými dochádza k prechodu, ustanoví pri veľmi špecifickom tlaku. Čiara fázovej rovnováhy je opísaná známou Clapeyron-Clausiusovou rovnicou:
kde je molárne teplo prechodu a molárne objemy oboch fáz.
Počas fázových prechodov prvého rádu sa nová fáza neobjaví okamžite v celom objeme. Najprv sa vytvoria jadrá novej fázy, ktoré potom rastú a šíria sa po celom objeme.
S procesom tvorby zárodkov sme sa stretli pri uvažovaní o procese kondenzácie kvapaliny. Pre kondenzáciu je nevyhnutná existencia centier (jadier) kondenzácie vo forme prachových častíc, iónov a pod. Rovnako kryštalizačné centrá sú nevyhnutné pre tuhnutie kvapaliny. V neprítomnosti takýchto centier môže byť para alebo kvapalina v podchladenom stave. Je možné napríklad dlhodobo pozorovať čistú vodu pri teplote
Existujú však fázové prechody, pri ktorých k premene dochádza okamžite v celom objeme v dôsledku kontinuálnej zmeny kryštálovej mriežky, t.j. vzájomného usporiadania častíc v mriežke. To môže viesť k tomu, že pri určitej teplote sa symetria mriežky zmení, napríklad mriežka s nízkou symetriou sa zmení na mriežku s vyššou symetriou. Táto teplota bude bodom fázového prechodu, ktorý sa v tomto prípade nazýva fázový prechod druhého rádu. Teplota, pri ktorej dochádza k fázovému prechodu druhého rádu, sa nazýva Curieho bod, pomenovaný po Pierrovi Curie, ktorý objavil fázový prechod druhého rádu vo feromagnetikách.
Pri takejto nepretržitej zmene stavu v bode prechodu nedôjde k rovnováhe dvoch rôznych fáz, pretože prechod nastal okamžite v celom objeme. Preto v bode prechodu nedochádza k skoku vnútornej energie II. V dôsledku toho takýto prechod nie je sprevádzaný uvoľňovaním alebo absorpciou latentného tepla prechodu. Ale keďže pri teplotách nad a pod bodom prechodu je látka v rôznych kryštalických modifikáciách, majú rôzne tepelné kapacity. To znamená, že v bode fázového prechodu sa tepelná kapacita prudko mení, t.j. derivácia vnútornej energie vzhľadom na teplotu
Koeficient objemovej rozťažnosti sa tiež prudko mení, hoci samotný objem v bode prechodu sa nemení.
Sú známe fázové prechody 2. rádu, pri ktorých plynulá zmena skupenstva neznamená zmenu kryštálovej štruktúry, ale pri ktorých sa skupenstvo okamžite mení v celom objeme. Najznámejšie prechody tohto typu sú prechod látky z feromagnetického stavu do neferomagnetického stavu, ku ktorému dochádza pri teplote nazývanej Curieho bod; prechod niektorých kovov z normálneho do supravodivého stavu, pri ktorom mizne elektrický odpor. V oboch prípadoch nedochádza k zmenám v štruktúre kryštálu v bode prechodu, ale v oboch prípadoch sa stav plynule a okamžite mení v celom objeme. Prechodom druhého rádu je tiež prechod kvapalného hélia zo stavu He I do stavu He II. Vo všetkých týchto prípadoch sa v bode prechodu pozoruje skok v tepelnej kapacite. (Teplota fázového prechodu druhého rádu má v tomto smere druhý názov: nazýva sa -bod, podľa charakteru krivky zmeny tepelnej kapacity v tomto bode; o tom už hovoril § 118 , v texte o tekutom héliu.)
Pozrime sa teraz trochu podrobnejšie na to, ako dochádza k fázovým prechodom. Hlavnú úlohu vo fázových premenách zohrávajú fluktuácie fyzikálnych veličín. Už sme sa s nimi stretli pri preberaní otázky príčiny Brownovho pohybu pevných častíc suspendovaných v kvapaline (§ .7).
Fluktuácie - náhodné zmeny energie, hustoty a iných súvisiacich veličín - vždy existujú. Ale ďaleko od bodu fázového prechodu sa objavujú vo veľmi malých objemoch a okamžite sa opäť rozpúšťajú. Keď sú teplota a tlak v látke blízko kritickej hodnoty, potom je možný výskyt novej fázy v objeme pokrytom fluktuáciou. Jediný rozdiel medzi fázovými prechodmi prvého a druhého rádu je v tom, že fluktuácie v blízkosti bodu prechodu sa vyvíjajú odlišne.
Už bolo povedané vyššie, že počas prechodu prvého rádu sa v starej fáze objaví nová fáza vo forme jadier. Dôvodom ich vzhľadu sú náhodné výkyvy energie a hustoty. Ako sa blížime k bodu prechodu, stále častejšie sa vyskytujú fluktuácie vedúce k novej fáze, a hoci každá fluktuácia pokrýva veľmi malý objem, všetky spolu môžu viesť k objaveniu sa makroskopického jadra novej fázy, ak dôjde ku kondenzácii. centra v mieste ich vzniku.
V prípade prechodu druhého druhu je situácia oveľa komplikovanejšia. Pretože sa nová fáza objaví okamžite v celom objeme, bežné mikroskopické fluktuácie nemôžu samy osebe viesť k fázovému prechodu. Ich charakter sa výrazne mení. Keď sa blíži kritická teplota, výkyvy, ktoré „pripravia“ prechod do novej fázy, pokrývajú čoraz väčšiu časť látky a nakoniec sa v bode prechodu stávajú nekonečnými,
to znamená, že sa vyskytujú v celom objeme. Pod bodom prechodu, keď je už nastolená nová fáza, začnú opäť odumierať a postupne sa opäť stávajú krátkodobými a krátkodobými.
Fázový prechod druhého rádu je vždy spojený so zmenou symetrie systému v novej fáze, buď vznikne poradie, ktoré nebolo v pôvodnom (napríklad pri prechode sú usporiadané magnetické momenty jednotlivých častíc; do feromagnetického stavu), alebo sa zmení už existujúci poriadok (pri prechodoch so zmenou kryštálovej štruktúry).
Tento nový poriadok je tiež obsiahnutý vo fluktuáciách blízko bodu fázového prechodu.
Jasným vysvetlením opísaného prechodového mechanizmu je známy „efekt upreného davu“ (obr. 185). Predstavme si okoloidúcich kráčajúcich po chodníku a obzerajúcich sa tými najnáhodnejšími smermi. Toto je „normálny“ stav pouličného davu, v ktorom nie je poriadok. Teraz nech jeden z okoloidúcich bez zjavného dôvodu hľadí na prázdne okno na druhom poschodí („náhodné kolísanie“). Postupne sa čoraz viac ľudí začína pozerať z toho istého okna a nakoniec sa ukáže, že všetky oči smerujú do jedného bodu. Objavila sa „nariadená“ fáza, hoci k nastoleniu poriadku neprispievajú žiadne vonkajšie sily – za oknom na druhom poschodí sa nedeje absolútne nič
Fázové prechody druhého rádu sú veľmi zložitým a zaujímavým fenoménom. Procesy prebiehajúce v bezprostrednej blízkosti bodu prechodu ešte nie sú úplne prebádané a úplný obraz o správaní sa fyzikálnych veličín v podmienkach nekonečných fluktuácií sa ešte len vytvára.
Prechod látky z jedného stavu do druhého je v prírode veľmi bežný jav. Varenie vody v kanvici, zamŕzanie riek v zime, topenie kovu, skvapalňovanie plynov, demagnetizácia feritov pri zahriatí atď. odkazujú konkrétne na také javy nazývané fázové prechody. Fázové prechody sa zisťujú prudkou zmenou vlastností a znakov (anomálií) charakteristík látky v momente fázového prechodu: uvoľnením alebo absorpciou latentného tepla; skok v objeme alebo skok v tepelnej kapacite a koeficiente tepelnej rozťažnosti; zmena elektrického odporu; vznik magnetických, feroelektrických, piezomagnetických vlastností, zmeny v röntgenovom difrakčnom obrazci atď. Ktorá fáza látky je za určitých podmienok stabilná, určuje jeden z termodynamických potenciálov. Pri danej teplote a objeme v termostate je to voľná Helmholtzova energia pri danej teplote a tlaku, toto je Gibbsov potenciál.
Dovoľte mi pripomenúť, že Helmholtzov potenciál F (voľná energia) je rozdiel medzi vnútornou energiou látky E a jej entropiou S, vynásobený absolútnou teplotou T:
Energia aj entropia v (1) sú funkciami vonkajších podmienok (tlak p a teplota T) a fáza, ktorá sa realizuje za určitých vonkajších podmienok, má zo všetkých možných fáz najmenší Gibbsov potenciál. Toto je princíp termodynamiky. Keď sa zmenia vonkajšie podmienky, môže sa ukázať, že voľná energia inej fázy sa zmenšila. K zmenám vonkajších podmienok dochádza vždy nepretržite, a preto ich možno opísať určitou závislosťou objemu sústavy od teploty. Vzhľadom na túto zhodu v hodnotách T a V môžeme povedať, že zmena fázovej stability a prechod látky z jednej fázy do druhej nastáva pri určitej teplote pozdĺž termodynamickej dráhy a hodnoty pre obe fázy sú funkciami teploty v blízkosti tohto bodu Uvažujme podrobnejšie o tom, ako k zmene dochádza Závislosť zblízka 
pre jedného a 
pre inú fázu možno aproximovať pomocou niektorých polynómov, ktoré závisia od:
Rozdiel medzi voľnými energiami dvoch fáz má formu
Pokiaľ je rozdiel dostatočne malý, môžeme sa obmedziť len na prvý člen a tvrdiť, že ak , potom je fáza I stabilná pri nízkych teplotách a fáza II je stabilná pri vysokých teplotách. V samotnom bode prechodu prvá derivácia voľnej energie vzhľadom na teplotu prirodzene zažije skok: v , a v . Ako vieme, v podstate existuje entropia hmoty. V dôsledku toho počas fázového prechodu entropia prechádza skokom, ktorý určuje latentné teplo prechodu, pretože 
. Opísané prechody sa nazývajú prechody prvého druhu a sú všeobecne známe a študované v škole. Všetci vieme o latentnom teple vyparovania alebo topenia. Tak to je.
Pri popise prechodu v rámci vyššie uvedených termodynamických úvah sme neuvažovali iba o jednej, na prvý pohľad nepravdepodobnej, možnosti: môže sa stať, že sa rovnajú nielen voľné energie, ale aj ich derivácie vzhľadom na teplotu, teda . Z (2) vyplýva, že takáto teplota by sa aspoň z hľadiska rovnovážnych vlastností látky nemala izolovať. Vskutku, s prvou aproximáciou s ohľadom na máme
a prinajmenšom v tomto bode by nemal nastať žiadny fázový prechod: Gibbsov potenciál, ktorý bol menší pri , bude tiež menší pri .
V prírode, samozrejme, nie je všetko také jednoduché. Niekedy existujú hlboké dôvody na to, aby tieto dve rovnosti existovali súčasne. Okrem toho sa fáza I stáva absolútne nestabilnou vzhľadom na ľubovoľne malé kolísanie vnútorných stupňov voľnosti pri , a fáza II pri . V tomto prípade sa vyskytujú také prechody, ktoré sa podľa známej Ehrenfestovej klasifikácie nazývajú prechody druhého druhu. Tento názov je spôsobený skutočnosťou, že počas prechodov druhého rádu dochádza k skoku iba v druhej derivácii Gibbsovho potenciálu vzhľadom na teplotu. Ako vieme, druhá derivácia voľnej energie vzhľadom na teplotu určuje tepelnú kapacitu látky
Pri prechodoch druhého rádu by sa teda mal pozorovať skok v tepelnej kapacite látky, ale nemalo by dochádzať k latentnému teplu. Pretože fáza II je absolútne nestabilná vzhľadom na malé výkyvy a to isté platí pre fázu I v , potom by počas prechodov druhého rádu nemalo byť pozorované prehrievanie ani podchladenie, to znamená, že nedochádza k teplotnej hysteréze bodu fázového prechodu. Existujú aj ďalšie pozoruhodné znaky, ktoré charakterizujú tieto prechody.
Aké sú základné dôvody pre termodynamicky nevyhnutné podmienky pre prechod druhého rádu? Faktom je, že kedy a kedy existuje tá istá látka. Interakcie medzi prvkami, ktoré ho tvoria, sa nemenia náhle, to je fyzikálna podstata skutočnosti, že termodynamické potenciály pre obe fázy nemôžu byť úplne nezávislé. Ako vzniká spojenie medzi a , a , atď., je možné sledovať pomocou jednoduchých modelov fázových prechodov, výpočtov termodynamických potenciálov za rôznych vonkajších podmienok pomocou metód štatistickej mechaniky. Najjednoduchší spôsob výpočtu voľnej energie.
WIKIPÉDIA
Fázový prechod(fázová premena) v termodynamike - prechod látky z jednej termodynamickej fázy do druhej pri zmene vonkajších podmienok. Z hľadiska pohybu systému po fázovom diagrame pri zmene jeho intenzívnych parametrov (teplota, tlak a pod.) dochádza k fázovému prechodu, keď systém prekročí čiaru oddeľujúcu dve fázy. Keďže rôzne termodynamické fázy sú opísané rôznymi stavovými rovnicami, je vždy možné nájsť množstvo, ktoré sa počas fázového prechodu náhle mení.
Keďže delenie do termodynamických fáz je menšou klasifikáciou stavov ako delenie látky do agregovaných stavov, nie každý fázový prechod je sprevádzaný zmenou agregovaného stavu. Akákoľvek zmena stavu agregácie je však fázovým prechodom.
Najčastejšie sa fázové prechody zvažujú pri zmene teploty, ale pri konštantnom tlaku (zvyčajne 1 atmosfére). Preto sa často používajú pojmy „bod“ (a nie čiara) fázového prechodu, teplota topenia atď. Samozrejme, že k fázovému prechodu môže dôjsť pri zmene tlaku a pri konštantnej teplote a tlaku, ale aj s zmena koncentrácie zložiek (napríklad výskyt kryštálov soli v roztoku, ktorý dosiahol nasýtenie).
O fázový prechod prvého rádu náhle sa menia najdôležitejšie, primárne extenzívne parametre: merný objem, množstvo uloženej vnútornej energie, koncentrácia zložiek a pod.. Zdôrazňujeme: máme na mysli prudkú zmenu týchto veličín so zmenami teploty, tlaku a pod., a nie náhlu zmena v čase (pre druhú pozri časť nižšie Dynamika fázových prechodov).
Najčastejšie príklady fázové prechody prvého rádu:
topenia a kryštalizácie
· odparovanie a kondenzácia
· sublimácia a desublimácia
O fázový prechod druhého rádu hustota a vnútorná energia sa nemení, takže takýto fázový prechod nemusí byť voľným okom badateľný. Skok zažívajú ich deriváty v teplote a tlaku: tepelná kapacita, koeficient tepelnej rozťažnosti, rôzne susceptibility atď.
Fázové prechody druhého rádu sa vyskytujú v prípadoch, keď sa mení symetria štruktúry látky (symetria môže úplne zmiznúť alebo sa znížiť). Popis fázového prechodu druhého rádu ako dôsledku zmeny symetrie podáva Landauova teória. V súčasnosti je zvykom hovoriť nie o zmene symetrie, ale o vzhľade v bode prechodu parameter objednávky rovná nule v menej usporiadanej fáze a meniaca sa od nuly (v bode prechodu) po nenulové hodnoty v usporiadanejšej fáze.
Najbežnejšie príklady fázových prechodov druhého rádu sú:
· prechod systému cez kritický bod
· prechod paramagnet-feromagnet alebo paramagnet-antiferomagnet (parameter objednávky - magnetizácia)
· prechod kovov a zliatin do stavu supravodivosti (parameter poriadku - hustota supravodivého kondenzátu)
· prechod kvapalného hélia do supratekutého stavu (pp - hustota supratekutej zložky)
· prechod amorfných materiálov do sklovitého stavu
Moderná fyzika študuje aj systémy, ktoré majú fázové prechody tretieho alebo vyššieho rádu.
V poslednej dobe sa rozšíril pojem kvantový fázový prechod, t.j. fázový prechod riadený nie klasickými tepelnými fluktuáciami, ale kvantovými, ktoré existujú aj pri teplotách absolútnej nuly, kde klasický fázový prechod nemôže nastať kvôli Nernstovej vete.
Súvisiace informácie.
Fázový prechod(fázová premena) v termodynamike - prechod látky z jednej termodynamickej fázy do druhej pri zmene vonkajších podmienok. Z hľadiska pohybu systému po fázovom diagrame pri zmene jeho intenzívnych parametrov (teplota, tlak a pod.) nastáva fázový prechod, keď systém prekročí čiaru oddeľujúcu dve fázy. Keďže rôzne termodynamické fázy sú opísané rôznymi stavovými rovnicami, je vždy možné nájsť množstvo, ktoré sa počas fázového prechodu náhle mení.
Keďže delenie do termodynamických fáz je menšou klasifikáciou stavov ako delenie látky do agregovaných stavov, nie každý fázový prechod je sprevádzaný zmenou agregovaného stavu. Akákoľvek zmena stavu agregácie je však fázovým prechodom.
Najčastejšie sa fázové prechody zvažujú pri zmene teploty, ale pri konštantnom tlaku (zvyčajne 1 atmosfére). Preto sa často používajú pojmy „bod“ (a nie čiara) fázového prechodu, teplota topenia atď. Samozrejme, že k fázovému prechodu môže dôjsť pri zmene tlaku a pri konštantnej teplote a tlaku, ale aj s zmena koncentrácie zložiek (napríklad výskyt kryštálov soli v roztoku, ktorý dosiahol nasýtenie).
Klasifikácia fázových prechodov
V poslednej dobe sa rozšíril koncept kvantového fázového prechodu, teda fázového prechodu riadeného nie klasickými tepelnými fluktuáciami, ale kvantovými, ktoré existujú aj pri teplotách absolútnej nuly, kde klasický fázový prechod nie je možné realizovať kvôli Nernstovej vete. .
Dynamika fázových prechodov
Ako je uvedené vyššie, pod prudkou zmenou vlastností látky rozumieme skok so zmenou teploty a tlaku. V skutočnosti pri ovplyvňovaní systému nemeníme tieto veličiny, ale jeho objem a jeho celkovú vnútornú energiu. Táto zmena vždy nastáva nejakou konečnou rýchlosťou, čo znamená, že na „pokrytie“ celej medzery v hustote alebo špecifickej vnútornej energii potrebujeme určitý konečný čas. Počas tejto doby nenastáva fázový prechod okamžite v celom objeme látky, ale postupne. V tomto prípade sa pri fázovom prechode prvého rádu uvoľní (alebo odoberie) určité množstvo energie, ktorá je tzv. teplo fázového prechodu. Aby sa fázový prechod nezastavil, je potrebné toto teplo priebežne odoberať (alebo privádzať), prípadne ho kompenzovať vykonávaním prác na systéme.
Výsledkom je, že počas tejto doby bod na fázovom diagrame popisujúci systém „zamrzne“ (to znamená, že tlak a teplota zostávajú konštantné), kým sa proces nedokončí.
Napíšte recenziu na článok „Fázový prechod“
Poznámky
Literatúra
- Bazarov I.P.- M.: Vyššia škola, 1991, 376 s.
- Bazarov I.P. Mylné predstavy a chyby v termodynamike. Ed. 2. revízia - M.: Úvodník URSS, 2003. 120 s.
- Karyakin N.V. Základy chemickej termodynamiky. - M.: Akadémia, 2003. - 463 s. - (Vyššie odborné vzdelanie). - ISBN 5-7695-1596-1.
- Kvasnikov I. A. Termodynamika a štatistická fyzika. T.1: Teória rovnovážnych systémov: Termodynamika. - Zväzok 1. Ed. 2, rev. a dodatočné - M.: URSS, 2002. 240 s.
- Stanley. G. Fázové prechody a kritické javy. - M.: Mir, 1973.
- Patashinsky A. Z., Pokrovsky V. L. Fluktuačná teória fázových prechodov. - M.: Veda, 1981.
- Gufan Yu M. Termodynamická teória fázových prechodov. - Rostov n/d: Vydavateľstvo Rostovskej univerzity, 1982. - 172 s.
pozri tiež
Odkazy
- s interaktívnymi modelmi v jazyku Java
- Permská štátna univerzita
Úryvok charakterizujúci fázový prechod
Zopakoval to, čo som už počul.- Nie! – okamžite som vyštekol. "Nie preto som sem prišiel, vieš, Sever." Prišiel som po pomoc. Len ty mi môžeš pomôcť zničiť Karaffu. Koniec koncov, to, čo robí, je vaša chyba. Pomôž mi!
Sever sa stal ešte smutným... Vedel som dopredu, čo odpovie, no nemienil som sa vzdať. Milióny dobrých životov boli postavené na váhu a ja som nemohol tak ľahko vzdať boj o ne.
– Už som ti to vysvetlil, Isidora...
- Tak to vysvetli ďalej! – náhle som ho prerušil. – Vysvetlite mi, ako môžete pokojne sedieť so založenými rukami, keď vlastnou vinou jeden po druhom vyhasínajú ľudské životy?! Vysvetlite, ako môže existovať taká svinstvo ako Karaffa a nikto nemá chuť sa ho ani len pokúsiť zničiť?! Vysvetlite, ako môžete žiť, keď sa to stane vedľa vás?...
Horká nevôľa vo mne bublala a snažila sa rozliať von. Takmer som kričala a snažila sa dostať do jeho duše, no cítila som, že strácam. Nebolo cesty späť. Nevedel som, či sa tam ešte niekedy dostanem a pred odchodom som musel využiť každú príležitosť.
- Rozhliadni sa, Sever! V celej Európe vaši bratia a sestry horia živými pochodňami! Naozaj môžete pokojne spať, keď počujete ich krik??? Ako nemôžete mať krvavé nočné mory?!
Jeho pokojnú tvár zdeformovala grimasa bolesti:
– To nehovor, Isidora! Už som vám vysvetlil – nemali by sme zasahovať, takéto právo nám nie je dané... Sme opatrovníci. Chránime len VEDOMIE.
– Nemyslíš si, že ak budeš ešte čakať, nebude mať kto uchovať tvoje vedomosti?! – zvolal som smutne.
– Zem nie je pripravená, Isidora. Už som ti to povedal...
– Nuž, hotový snáď nikdy nebude... A niekedy, asi o tisíc rokov, keď sa naň pozriete zo svojich „vrcholov“, uvidíte už len prázdne pole, možno aj zarastené krásnymi kvetmi, lebo tá o r. tentoraz už na Zemi nebudú žiadni ľudia a nebude mať kto trhať tieto kvety... Zamysli sa, Sever, je toto budúcnosť, ktorú si prial Zemi?!
Ale Sever bol chránený prázdnou stenou viery v to, čo povedal... Všetci zrejme pevne verili, že majú pravdu. Alebo niekto raz vštepil túto vieru do ich duší tak pevne, že si ju preniesli stáročiami, bez toho, aby sa otvorili a nikoho nevpustili do svojich sŕdc... A ja som to nedokázal preraziť, nech som sa akokoľvek snažil.
– Je nás málo, Isidora. A ak zasiahneme, je možné, že zomrieme aj my... A potom bude aj pre slabého človeka, nehovoriac o niekom ako Caraffa, ľahké využiť všetko, čo si necháme, ako lúskanie hrušiek. A niekto bude mať moc nad všetkým živým. Toto sa už raz stalo... Veľmi dávno. Svet vtedy takmer zomrel. Preto mi odpusť, ale nebudeme zasahovať, Isidora, nemáme na to právo... Naši veľkí predkovia nám odkázali, aby sme chránili prastaré POZNANIE. A na to sme tu. Pre čo žijeme? Ani raz sme Krista nezachránili... Aj keď sme mohli. Ale všetci sme ho veľmi milovali.
– Chcete povedať, že jeden z vás poznal Krista?!... Ale to bolo tak dávno!... Ani vy nemôžete žiť tak dlho!
"Prečo - už dávno, Isidora?" Sever bol úprimne prekvapený. "To bolo len pred niekoľkými stovkami!" Ale žijeme oveľa dlhšie, viete. Ako by si mohol žiť, keby si chcel...
– Niekoľko stoviek?!!! - North prikývol. – Ale čo tá legenda?!.. Veď podľa nej už uplynulo jeden a pol tisíc rokov od jeho smrti?!..
– Preto je „legenda“... – Sever pokrčil plecami, – Veď keby bola Pravda, nepotrebovala by „fantázie“ Pavla, Matúša, Petra a podobne? S tým všetkým, že títo „svätí“ ľudia nikdy ani nevideli živého Krista! A nikdy ich neučil. História sa opakuje, Isidora... Bolo to tak a vždy to tak bude, až kým ľudia konečne nezačnú myslieť sami za seba. A kým Temné mysle myslia za nich, na Zemi bude vždy vládnuť len boj...
North stíchol, akoby sa rozhodoval, či pokračovať. Po krátkom premýšľaní však znova prehovoril...
– „Temní mysliaci“ z času na čas dávajú ľudstvu nového Boha, vždy si ho vyberajú z tých najlepších, najjasnejších a najčistejších... ale práve tých, ktorí už určite nie sú v Kruhu živých. Pretože, vidíte, je oveľa jednoduchšie „obliecť“ mŕtveho človeka falošným „príbehom jeho života“ a vypustiť ho do sveta, aby priniesol ľudstvu len to, čo „schvália“ „Temní mysliaci“. “, čo núti ľudí ponoriť sa ešte hlbšie do nevedomosti Mysle, zavinúť svoje duše stále viac do strachu z nevyhnutnej smrti, a tým pripútať ich slobodný a hrdý Život...
– Kto sú Thinking Dark Ones, Sever? – Nemohla som to vydržať.
– Toto je Temný kruh, ktorý zahŕňa „sivých“ mágov, „čiernych“ kúzelníkov, peňažných géniov (ich vlastných pre každé nové časové obdobie) a oveľa viac. Jednoducho, je to pozemské (nielen) zjednotenie „temných“ síl.
– A vy s nimi nebojujete?!!! Hovoríš o tom tak pokojne, akoby sa ťa to netýkalo!... Ale žiješ aj na Zemi, Sever!
V jeho očiach sa objavila smrteľná melanchólia, akoby som sa náhodou dotkol niečoho hlboko smutného a neznesiteľne bolestivého.
- Ach, bojovali sme, Isidora!.. Ako sme bojovali! Bolo to už dávno... Aj ja som bol, rovnako ako teraz ty, príliš naivný a myslel som si, že stačí ľuďom ukázať, kde je pravda a kde sú klamstvá, a hneď sa vrhnú do útoku za „spravodlivé príčina.” Toto sú len „sny o budúcnosti“, Isidora... Človek, ako vidíte, je ľahko zraniteľný tvor... Príliš ľahko podľahne lichôtkam a chamtivosti. A ďalšie rôzne „ľudské zlozvyky“... Ľudia myslia v prvom rade na svoje potreby a výhody a až potom na to, ako žijú „iní“. Tí, ktorí sú silnejší, túžia po moci. No, slabí hľadajú silných obrancov, ktorých vôbec nezaujíma ich „čistota“. A toto pokračuje po stáročia. To je dôvod, prečo v každej vojne zomierajú prví tí najjasnejší a najlepší. A zvyšok „zvyškov“ sa pripojí k „víťazovi“... A tak to ide dokola. Zem nie je pripravená myslieť, Isidora. Viem, že nesúhlasíš, pretože sám si príliš čistý a jasný. Ale jeden človek nemôže zvrhnúť spoločné ZLO, dokonca ani niekoho takého silného ako vy. Pozemské zlo je príliš veľké a slobodné. Skúsili sme to raz... a stratili sme to najlepšie. Preto počkáme, kým príde ten správny čas. Je nás príliš málo, Isidora.
– Ale prečo potom neskúsiš bojovať inak? Vo vojne, ktorá si nevyžaduje vaše životy? Máš takú zbraň! A prečo dovolíte, aby ľudia ako Ježiš boli znesvätení? Prečo ľuďom nepovieš pravdu?...
