Фазавы пераход

Фазавы пераход (фазавае ператварэнне) у тэрмадынаміцы — пераход рэчыва з адной тэрмадынамічнай фазы ў іншую пры змене знешніх умоў. З пункту гледжання руху сістэмы па фазавай дыяграме пры змене яе інтэнсіўных параметраў (тэмпературы, ціску і т. п.), фазавы пераход адбываецца, калі сістэма перасякае лінію, якая падзяляе дзве фазы. Паколькі розныя тэрмадынамічныя фазы апісваюцца рознымі ўраўненнямі стану, заўсёды можна знайсці велічыню, якая скачкападобна змяняецца пры фазавым пераходзе.

Паколькі падзел на тэрмадынамічныя фазы - больш дробная класіфікацыя станаў, чым падзел па агрэгатны стан рэчыва, гэта далёка не кожны фазавы пераход суправаджаецца зменай агрэгатнага стану. Аднак любая змена агрэгатнага стану ёсць фазавы пераход.

Найбольш часта разглядаюцца фазавыя пераходы пры змене тэмпературы, але пры пастаянным ціску (як правіла роўным 1 атмасферы). Менавіта таму часта ўжываюць тэрміны «кропка» (а не лінія) фазавага пераходу, тэмпература плаўлення і г. д. Зразумела, фазавы пераход можа адбывацца і пры змене ціску, і пры пастаянных тэмпературы і ціску, але і пры змене канцэнтрацыі кампанентаў (напрыклад, з'яўленне крышталікаў солі ў растворы, які дасягнуў насычэння).

Класіфікацыя фазавых пераходаў

Пры фазавым пераходзе першага роду скачкападобна змяняюцца самыя галоўныя, першасныя экстэнсіўныя параметры: удзельны аб'ём, колькасць назапашанай унутранай энергіі, канцэнтрацыя кампанентаў і т. п. Падкрэслім: маецца на ўвазе скачкападобная змена гэтых велічынь пры змене тэмпературы, ціску і т. п., а не скачкападобная змена ў часе (наконт апошняга гл. ніжэй раздзел Дынаміка фазавых пераходаў).

Найбольш распаўсюджаныя прыклады фазавых пераходаў першага роду:

• плаўленне і крышталізацыя
• выпарэнне і кандэнсацыя
• сублімацыя і дэсублімацыя

Пры фазавым пераходзе другога роду шчыльнасць і ўнутраная энергія не мяняюцца, так што няўзброеным вокам такі фазавы пераход можа быць непрыкметны. Скачок жа адчуваюць іх вытворныя па тэмпературы і ціску: цеплаёмістасць, каэфіцыент цеплавога пашырэння, розныя ўспрымальнасці і г. д.

Фазавыя пераходы другога роду адбываюцца ў тых выпадках, калі змяняецца сіметрыя будовы рэчыва (сіметрыя можа цалкам знікнуць ці панізіцца). Апісанне фазавага пераходу другога роду як следства змены сіметрыі даецца тэорыяй Ландау. У цяперашні час прынята казаць не аб змене сіметрыі, але аб з'яўленні ў кропцы пераходу параметру парадку, роўнага нулю ў менш упарадкаванай фазе і які змяняецца ад нуля (у кропцы пераходу) да ненулявога значэння ў больш упарадкаванай фазе.

Найбольш распаўсюджаныя прыклады фазавых пераходаў другога роду:

• праходжанне сістэмы праз крытычны пункт
• пераход парамагнетык-ферамагнетык або парамагнетык-антыферамагнетык (параметр парадку - намагнічанасць)
• пераход металаў і сплаваў у стан звышправоднасці (параметр парадку - шчыльнасць звышправоднага кандэнсату)
• пераход вадкага гелія ў звышцякучы стан (п.п. - шчыльнасць звышцякучай кампаненты)
• пераход аморфных матэрыялаў у шклопадобны стан

Сучасная фізіка даследуе таксама сістэмы, якія валодаюць фазавымі пераходамі трэцяга або больш высокага роду.

У апошні час шырокае распаўсюджванне атрымала паняцце квантавы фазавы пераход, г.зн. фазавы пераход, кіруюць не класічнымі цеплавымі флуктуацыямі, а квантавымі, якія існуюць нават пры абсалютным нулі тэмператур, дзе класічны фазавы пераход не можа рэалізавацца з прычыны тэарэмы Нернста.

Дынаміка фазавых пераходаў

Як сказана вышэй, пад скачкападобнай змяненнем уласцівасцей рэчывы маецца на ўвазе скачок пры змене тэмпературы і ціску. У рэальнасці ж, уздзейнічаючы на сістэму, мы змяняем не гэтыя велічыні, а яе аб'ём і яе поўную ўнутраную энергію. Гэта змяненне заўсёды адбываецца з нейкай канчатковай хуткасцю, а значыць, што для таго, каб «пакрыць» ўвесь разрыў у шчыльнасці або ўдзельнай унутранай энергіі, нам патрабуецца некаторы канчатковы час. На працягу гэтага часу фазавы пераход адбываецца не адразу ва ўсім аб'ёме рэчывы, а паступова. Пры гэтым у выпадку фазавага пераходу першага роду вылучаецца (або залучаецца) пэўная колькасць энергіі, якая называецца цеплынёй фазавага пераходу. Для таго, каб фазавы пераход не спыняўся, патрабуецца бесперапынна адводзіць (або падводзіць) гэтае цяпло, альбо кампенсаваць яго здзяйсненнем працы над сістэмай.

У выніку, на працягу гэтага часу кропка на фазавай дыяграме, якая апісвае сістэму, «замірае» (г.зн. ціск і тэмпература застаюцца пастаяннымі) да поўнага завяршэння працэсу.

Літаратура

• Базаров И. П. Термодинамика.(недаступная спасылка) — М.: Высшая школа, 1991, 376 с.
• Базаров И. П. Заблуждения и ошибки в термодинамике. Изд. 2-ое испр. — М.: Едиториал УРСС, 2003. 120 с.
• Квасников И. А. Термодинамика и статистическая физика. Т.1: Теория равновесных систем: Термодинамика. — Том.1. Изд. 2, испр. и доп. — М.: УРСС, 2002. 240 с.
• Стенли. Г. Фазовые переходы и критические явления. — М.: Мир, 1973.
• Паташинский А. З., Покровский В. Л. Флуктуационная теория фазовых переходов. — М.: Наука, 1981

Гл. таксама

• Квантавы фазавы пераход
• Перагрэтая вадкасць