Фазовый переход (I, II рода; высших порядков)

Агрегатное состояние вещества является частным слу­чаем более точно определяемого понятия — фазы.

Фазой на­зывается термодинамически равновесное состояние вещест­ва, отличающееся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний (других фаз) того же ве­щества.

Переход вещества из одной фазы в другую, происхо­дящий при некоторых значениях параметров системы, на­зывается фазовым переходом. При фазовом переходе происходит качественное изменение свойств вещества, поэ­тому иногда фазовый переход называют фазовым превраще­нием. Различают фазовые переходы I и II рода.

Фазовым переходом I рода называют такое фазовое превра­щение, при котором состояние вещества меняется скачком с выделением или поглощением теплоты.

В качестве пара­метров порядка для описания такого перехода обычно ис­пользуются плотность и концентрация. Переходы между агрегатными состояниями — наиболее известные из фазо­вых переходов I рода.

К числу фазовых перехо­дов I рода относятся: ис­парение и конденсация, плавление и затвердева­ние, сублимация и кон­денсация в твердую фазу. Сюда относятся также не­которые структурные пе­реходы в твердых телах (например, образование мартенсита в сплаве же­лезо — углерод).

Фазовым переходом II рода называют такое фазовое пре­вращение, при котором состояние вещества меняется не­прерывным образом, однако возможны скачки производ­ных от термодинамических величин, например скачки теплоемкости.

При этом не происходит выделения или по­глощения теплоты. Фазовые превращения II рода испыты­вают многие металлы и сплавы при переходе в сверхпро­водящее состояние. Возникновение сверхтекучести в гелии при понижении температуры также относят к фазо­вым превращениям II рода. Параметры порядка при таких переходах устроены более сложно. Иногда в качестве па­раметра порядка выступает целый набор локальных пара­метров или некоторая функция.

Иногда вводят понятия фа­зовых переходов высших порядков. Так называют переходы, при которых не только не выделяется теп­лота, но и не изменяется даже теплоемкость, что обязательно для фазового перехода II рода. Такое по­ведение наблюдается у не­которых сверхпроводни­ков в экспериментах по исследованию температур­ной зависимости критиче­ских магнитных полей, разрушающих сверхпрово­дящее состояние. Как ока­залось, при переходе в сверхпроводящую фазу теплоемкость вещества не всегда меняется. Данный эффект свидетельствует о существовании в сверх­проводниках фазовых пе­реходов высших поряд­ков. Материал с сайта http://worldof.school

В общем случае фазовый переход можно понимать как рез­кое изменение симметрии вещества, происходящее при оп­ределенных значениях параметров. Параметр порядка может изменяться непрерывно, но симмет­рия появляется и исчезает скачком. Обыч­но ниже точки фазового перехода (при меньших значениях параметров) система более упорядочена. Это означает, что число допустимых операций симметрии, относительно которых система инвари­антна, становится меньше. Симметрия системы ниже точки фазового перехода уменьшается, хотя, с обычной точки зре­ния, состояние вещества кажется более симметричным.

На этой странице материал по темам:

• Механика кратко

• "фазовые переходы воды"