P, t-re T և այլ պարամետրեր կտրուկ փոխվում են այս պարամետրերի շարունակական փոփոխությամբ: Այս դեպքում անցումային ջերմությունը ազատվում կամ ներծծվում է: Մեկ բաղադրիչ համակարգում T 1 անցումային ջերմաստիճանը կապված է Clapeyron-Clausius ճնշման հետ p 1 dp 1 /dT 1 = QIT 1 DV հավասարմամբ, որտեղ Q-ն անցման ջերմությունն է, DV-ը՝ ծավալի ցատկումը։ Առաջին տեսակի փուլային անցումները բնութագրվում են հիստերեզի երևույթներով (օրինակ՝ փուլերից մեկի գերտաքացում կամ գերսառեցում), որոնք անհրաժեշտ են մյուս փուլի միջուկների ձևավորման և փուլային անցումների հոսքի վերջավոր արագությամբ։ Կայուն միջուկների բացակայության դեպքում գերտաքացած (գերսառեցված) փուլը գտնվում է մետակայուն հավասարակշռության վիճակում (տես Նոր փուլի սերունդ)։ Նույն փուլը կարող է գոյություն ունենալ (թեև մետակայուն կերպով) վիճակի գծապատկերի անցումային կետի երկու կողմերում (սակայն, բյուրեղային փուլերը չեն կարող գերտաքացվել հալման կամ սուբլիմացիայի ջերմաստիճանից բարձր): Կետում փուլային անցումներԳիբսի էներգիան G-ն, որպես վիճակի պարամետրերի ֆունկցիա, շարունակական է (տես Նկ. Արվեստ. Պետական ​​դիագրամում), և երկու փուլերն էլ կարող են կամայականորեն երկար ժամանակ գոյակցել, այսինքն՝ կա այսպես կոչված. փուլային տարանջատում (օրինակ՝ հեղուկի և նրա գոլորշու կամ պինդի և հալվածքի համակեցությունը համակարգի տվյալ ընդհանուր ծավալի համար):

Ֆ Առաջին տեսակի ատոմային անցումները բնության մեջ տարածված երևույթներ են։ Դրանք ներառում են գոլորշիացում և խտացում գազից հեղուկ փուլ, հալում և խտացում, սուբլիմացիա և խտացում (դեսուբլիմացիա) գազից պինդ փուլ, պոլիմորֆ փոխակերպումների մեծ մասը, պինդ մարմիններում որոշ կառուցվածքային անցումներ, օրինակ՝ մարտենզիտի ձևավորումը։ երկաթ-ածխածնային խառնուրդ... Մաքուր գերհաղորդիչներում՝ բավականաչափ ուժեղ մագնիս։ Դաշտը առաջացնում է առաջին տեսակի փուլային անցումներ գերհաղորդիչից նորմալ վիճակի:

Երկրորդ տեսակի փուլային անցումների ժամանակ G-ի արժեքը և G-ի առաջին ածանցյալները T, p և այլ վիճակի պարամետրերի նկատմամբ անընդհատ փոխվում են, իսկ երկրորդ ածանցյալները (համապատասխանաբար ջերմային հզորությունը, սեղմելիության գործակիցը և ջերմային ընդլայնումը) պարամետրերի շարունակական փոփոխությունը կտրուկ փոխվում է կամ եզակի է: Ջերմությունը ոչ արտազատվում է, ոչ ներծծվում, բացակայում են հիստերեզի երևույթները և մետաստաբիլ վիճակները։ Դեպի փուլային անցումներ II տիպը, որը դիտվում է ջերմաստիճանի փոփոխությամբ, ներառում է, օրինակ, անցումներ պարամագնիսական (խանգարված) վիճակից դեպի մագնիսական կարգով (ֆերրո- և ֆերիմագնիսական՝ Կյուրիի կետում, հակաֆերոմագնիսական՝ Նիլի կետում)՝ ինքնաբուխ մագնիսացման տեսքով։ (համապատասխանաբար, ամբողջ վանդակում կամ մագնիսական ենթաշերտներից յուրաքանչյուրում); դիէլեկտրիկ - ֆերոէլեկտրական անցում ինքնաբուխ բևեռացման տեսքով; պինդ մարմիններում կարգավորված վիճակի տեսքը (համաձուլվածքների պատվիրման մեջ); smectic անցում. հեղուկ բյուրեղներ նեմատիկում. փուլ, որն ուղեկցվում է ջերմային հզորության անոմալ աճով, ինչպես նաև անցումներով տարրալուծման միջև: smectic փուլեր; l - անցում 4 He-ի, որն ուղեկցվում է անոմալ բարձր ջերմային հաղորդունակության և գերհոսքի տեսքով (տես Հելիում); մագնիսականության բացակայության դեպքում մետաղների անցումը գերհաղորդիչ վիճակի։ դաշտերը.

Փուլային անցումներկարող է կապված լինել ճնշման փոփոխությունների հետ: Ցածր ճնշման տակ գտնվող շատ նյութեր բյուրեղանում են՝ վերածվելով ազատ փաթեթավորված կառուցվածքների: Օրինակ՝ գրաֆիտի կառուցվածքը ածխածնի ատոմների լայն տարածված շերտերի շարք է։ Բավականաչափ բարձր ճնշումների դեպքում Գիբսի էներգիայի մեծ արժեքները համապատասխանում են նման չամրացված կառուցվածքներին, իսկ հավասարակշռության փակ փուլերը՝ ավելի փոքր արժեքների: Հետեւաբար, բարձր ճնշման դեպքում գրաֆիտը վերածվում է ադամանդի: Քվանտային հեղուկները 4 He և 3 He մնում են հեղուկ նորմալ ճնշման տակ մինչև abs-ի մոտ հասած ամենացածր ջերմաստիճանը: զրո. Սրա պատճառը թույլ փոխազդեցության մեջ է։ ատոմները և նրանց «զրոյական թրթռումների» մեծ ամպլիտուդը (մի ֆիքսված դիրքից մյուսը քվանտային թունելավորման մեծ հավանականություն): Այնուամենայնիվ, ճնշման աճը հանգեցնում է հեղուկ հելիումի ամրացմանը. օրինակ, 4 Նա 2,5 ՄՊա-ում ձևավորում է վեցագեն՝ փակ վանդակավոր:

Ընդհանուր մեկնաբանություն փուլային անցումներՏիպ II առաջարկվել է L. D. Landau-ի կողմից 1937 թվականին: Անցումային կետից վեր համակարգը, որպես կանոն, ունի ավելի մեծ սիմետրիա, քան անցումային կետից ցածր, հետևաբար, երկրորդ կարգի փուլային անցումը մեկնաբանվում է որպես սիմետրիայի փոփոխության կետ: Օրինակ, Կյուրիի կետից վերև գտնվող ֆերոմագնիսում պտտվող մագնիսների ուղղությունը: Մասնիկների պահերը պատահական են բաշխվում, ուստի բոլոր պտույտների միաժամանակյա պտույտը նույն առանցքի շուրջ նույն անկյան տակ չի փոխում ֆիզիկականը: Համակարգում Սբ. Հետևի անցումային կետերից ցածր առավելություններ ունեն. կողմնորոշումը, և դրանց համատեղ պտույտը վերը նշված իմաստով փոխում է մագնիսականի ուղղությունը: համակարգի պահը. Երկու բաղադրիչ համաձուլվածքում, որի ատոմները A և B գտնվում են պարզ խորանարդի վայրերում: բյուրեղային վանդակավոր, անկարգ վիճակին բնորոշ է քաոսային. A-ի և B-ի բաշխումը ցանցային հանգույցների վրա, այնպես, որ վանդակի տեղաշարժը մեկ պարբերությամբ չի փոխում r.v. Անցումային կետից ներքեւ համաձուլվածքի ատոմները դասավորված են՝ ...ABAB... Նման ցանցի տեղաշարժը կետով հանգեցնում է A բոլոր ատոմների փոխարինմանը B-ով և հակառակը։ T. arr., ցանցի համաչափությունը նվազում է, քանի որ A և B ատոմների կողմից ձևավորված ենթավանդակները դառնում են ոչ համարժեք:

Համաչափությունը հայտնվում և անհետանում է կտրուկ; այս դեպքում համաչափության խախտումը կարող է բնութագրվել ֆիզիկական. արժեքը, դեպի երկինք երկրորդ տեսակի փուլային անցումների ժամանակ անընդհատ փոխվում է և կոչվում է. պատվերի պարամետր: Մաքուր հեղուկների համար նման պարամետր է խտությունը, լուծույթների համար՝ բաղադրությունը, ֆերո– և ֆերիմագնիսների համար՝ ինքնաբուխ մագնիսացում, ֆերոէլեկտրիկների համար՝ ինքնաբուխ էլեկտրական։ բևեռացում, համաձուլվածքների համար - պատվիրված ատոմների համամասնությունը smectic-ի համար: հեղուկ բյուրեղներ - խտության ալիքի առատություն և այլն: Այս բոլոր դեպքերում, t-rah-ում երկրորդ տեսակի փուլային անցումների կետից վեր, կարգի պարամետրը զրոյական է, այս կետից ներքև սկսվում է դրա անոմալ աճը, ինչը հանգեցնում է մաքս. արժեքը T = O-ում:

Կրիտիկականում նկատվում է նաև անցումային ջերմության, խտության թռիչքների և կոնցենտրացիաների բացակայությունը, որը բնորոշ է երկրորդ կարգի փուլային անցումներին։ կետ առաջին տեսակի փուլային անցումների կորերի վրա (տես Կրիտիկական երևույթներ): Նմանությունը շատ խորն է։ Նշեք in-va մասին քննադատական. կետերը կարող են բնութագրվել նաև մեծությամբ, որը կատարում է պատվերի պարամետրի դերը: Օրինակ, հավասարակշռության հեղուկ - գոլորշու դեպքում նման պարամետր է կղզու խտության շեղումը կրիտիկականից: արժեքներ. երբ շարժվում է կրիտիկական երկայնքով Բարձր tr գազի իզոխորը միատարր է և խտության շեղումը կրիտիկականից: արժեքը զրո է, իսկ կրիտիկականից ցածր: t-ry in-in-ը շերտավորված է երկու փուլի, որոնցից յուրաքանչյուրում խտության շեղումը կրիտիկականից հավասար չէ զրոյի:

Քանի որ երկրորդ տեսակի փուլային անցման կետի մոտ փուլերը քիչ են տարբերվում միմյանցից, հնարավոր է կարգի պարամետրի տատանումների առկայությունը, ինչպես կրիտիկականի մոտ: միավորներ. Կրիտիկականը կապված է սրա հետ։ երևույթներ երկրորդ տեսակի փուլային անցումների կետերում. մագնի անոմալ աճ։ ֆերոմագնիսների և դիէլեկտրիկի զգայունությունը: ֆերոէլեկտրիկների զգայունությունը (նմանատիպ է սեղմելիության աճը հեղուկ-գոլորշի անցման կրիտիկական կետի մոտ); ջերմային հզորության կտրուկ աճ; համակարգում լույսի ալիքների անոմալ ցրում

Թերմոդինամիկական փուլթերմոդինամիկական համասեռ մաս է թերմոդինամիկական համակարգի՝ մյուս փուլերից անջատված միջերեսներով, որոնց վրա կտրուկ փոխվում են համակարգի որոշ հատկություններ1.

Մեկ բաղադրիչ համակարգում տարբեր փուլերը կարող են տարբեր լինել համախառն վիճակներկամ նյութի տարբեր պոլիմորֆային փոփոխություններ։ Բազմաբաղադրիչ համակարգում փուլերը կարող են ունենալ տարբեր կազմություններ և կառուցվածքներ:

Գազը միշտ բաղկացած է մեկ փուլից, հեղուկը կարող է բաղկացած լինել տարբեր կազմի մի քանի հեղուկ փուլերից, բայց նույն կազմի երկու տարբեր հեղուկներ չեն կարող գոյակցել հավասարակշռության մեջ։ Պինդ վիճակում գտնվող նյութը կարող է բաղկացած լինել մի քանի փուլից, և դրանցից մի քանիսը կարող են ունենալ նույն կազմը, բայց տարբեր կառուցվածք (պոլիմորֆային փոփոխություններ, ալոտրոպիա):

Ագրեգացման վիճակը- նյութի վիճակ, որը բնութագրվում է որոշակի որակական հատկություններով - ծավալը և ձևը պահպանելու ունակությունը կամ անկարողությունը, հեռահար և կարճ հեռահարության կարգի առկայությունը կամ բացակայությունը և այլն:

Ագրեգացման վիճակի փոփոխությունն ուղեկցվում է ազատ էներգիայի, էնտրոպիայի, խտության և այլ հիմնական ֆիզիկական հատկությունների ցատկման փոփոխությամբ։ Առանձնացվում են ագրեգացման հետևյալ վիճակները՝ պինդ, հեղուկ, գազ, պլազմա։

Նյութի թերմոդինամիկական փուլերի բազմությունը սովորաբար շատ ավելի հարուստ է, քան ագրեգատային վիճակների բազմությունը, այսինքն՝ նյութի նույն ագրեգատային վիճակը կարող է լինել տարբեր թերմոդինամիկական փուլերում (սառույցը, օրինակ, տեղի է ունենում հինգ տարբեր մոդիֆիկացիաներով՝ փուլերով): Այդ իսկ պատճառով նյութի նկարագրությունը ագրեգատային վիճակներով բավականին կոպիտ է, և այն չի կարող տարբերակել որոշ տարբեր ֆիզիկական իրավիճակներ։

Ամեն դեպքում, եթե կա փուլային տարանջատում, սկզբունքորեն ենթադրվում է, որ նյութը կարող է անցնել մի փուլից մյուսը:

փուլային անցում(փուլային փոխակերպում) թերմոդինամիկայի մեջ - նյութի անցում մեկ թերմոդինամիկական փուլից մյուսը, երբ փոխվում են արտաքին պայմանները:

Ջերմաստիճանի, ճնշման կամ որևէ այլ ֆիզիկական մեծության արժեքը, որի դեպքում փուլային անցումներ են տեղի ունենում մեկ բաղադրիչ համակարգում, կոչվում է անցումային կետ:

Ֆազային անցման օրինակ կարող է լինել նյութի ագրեգացման վիճակի փոփոխությունը կամ նյութի բաղադրության, կառուցվածքի և հատկությունների փոփոխությունների հետ կապված անցումները (օրինակ, բյուրեղային նյութի անցումը մեկ փոփոխությունից մյուսը):

Քանի որ թերմոդինամիկական փուլերի բաժանումը վիճակների ավելի փոքր դասակարգում է, քան նյութի ագրեգատ վիճակների բաժանումը, ամեն փուլային անցում չէ, որ ուղեկցվում է ագրեգատային վիճակի փոփոխությամբ: Այնուամենայնիվ, ագրեգացման վիճակի ցանկացած փոփոխություն փուլային անցում է:

Գոյություն ունեն երկու տեսակի փուլային անցումներ.

Առաջին տեսակի փուլային անցումը (օրինակ՝ հալում, բյուրեղացում և այլն) ուղեկցվում է ջերմության կլանմամբ կամ արտազատմամբ, որը կոչվում է փուլային անցման ջերմություն։

Առաջին տեսակի փուլային անցման ժամանակ ամենակարևոր, առաջնային էքստենսիվ պարամետրերը կտրուկ փոխվում են՝ հատուկ ծավալը, պահվող ներքին էներգիայի քանակը, բաղադրիչների կոնցենտրացիան և այլն։

Առաջին կարգի փուլային անցումների ամենատարածված օրինակներն են հալումը և բյուրեղացումը, գոլորշիացումը և խտացումը, սուբլիմացումը և դեզբլիմացումը:

Առաջին տեսակի փուլային անցումները բնութագրվում են ջերմաստիճանի կայունությամբ, էնտրոպիայի և ծավալի փոփոխություններով: Սրա բացատրությունը կարելի է տալ հետևյալ կերպ.

Նյութի հատկությունների կտրուկ փոփոխության տակ հասկանում ենք ցատկ՝ ջերմաստիճանի և ճնշման փոփոխությամբ։ Իրականում, երբ գործում ենք համակարգի վրա, մենք փոխում ենք ոչ թե այդ մեծությունները, այլ դրա ծավալը և ընդհանուր ներքին էներգիան։ Այս փոփոխությունը միշտ տեղի է ունենում որոշակի վերջավոր արագությամբ, ինչը նշանակում է, որ խտության կամ հատուկ ներքին էներգիայի ողջ բացը «ծածկելու» համար մեզ անհրաժեշտ է որոշակի վերջավոր ժամանակ։ Այս ընթացքում փուլային անցումը տեղի է ունենում ոչ թե անմիջապես նյութի ամբողջ ծավալով, այլ աստիճանաբար: Այս դեպքում առաջին կարգի փուլային անցման դեպքում որոշակի քանակությամբ էներգիա ազատվում է (կամ խլվում), որը կոչվում է. փուլային անցման թաքնված ջերմություն.Որպեսզի փուլային անցումը չդադարի, անհրաժեշտ է շարունակաբար հեռացնել (կամ մատակարարել) այս ջերմությունը կամ փոխհատուցել այն՝ համակարգում աշխատանք կատարելով։

Օրինակ, հալման ժամանակ մարմնին պետք է որոշակի քանակությամբ ջերմություն հաղորդվի, որպեսզի առաջացնի բյուրեղային ցանցի քայքայումը։ Հալման ժամանակ մատակարարվող ջերմությունը գնում է ոչ թե մարմինը տաքացնելու, այլ միջատոմային կապերը կոտրելու համար, ուստի հալումն ընթանում է մշտական ​​ջերմաստիճանում։ Նման անցումների ժամանակ՝ ավելի կարգավորված բյուրեղային վիճակից դեպի պակաս կարգավորված հեղուկ վիճակ, անկարգության աստիճանը մեծանում է և, թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի տեսանկյունից, այս գործընթացը կապված է համակարգի էնտրոպիայի բարձրացման հետ։ Եթե ​​անցումը տեղի է ունենում հակառակ ուղղությամբ (բյուրեղացում), ապա համակարգը ջերմություն է թողնում:

Փուլային անցումները, որոնք կապված չեն ջերմության կլանման կամ արտազատման և ծավալի փոփոխության հետ, կոչվում են երկրորդ կարգի փուլային անցումներ:

Այս անցումները բնութագրվում են ծավալի և էնտրոպիայի կայունությամբ։ Այս դեպքում խտությունն ու ներքին էներգիան նույնպես չեն փոխվում, ուստի նման փուլային անցումը կարող է անզեն աչքով նկատելի չլինել։ Ցատկը զգացվում է դրանց ածանցյալներով՝ կապված ջերմաստիճանի և ճնշման հետ՝ ջերմային հզորություն, ջերմային ընդարձակման գործակից, տարբեր զգայունություններ և այլն։

Երկրորդ տեսակի փուլային անցումների ընդհանուր մեկնաբանությունն առաջարկել է խորհրդային գիտնական Լ. Դ. Լանդաուն (1908-1968): Ըստ այս մեկնաբանության, երկրորդ կարգի փուլային անցումները կապված են սիմետրիայի փոփոխության հետ. անցումային կետից վեր համակարգը, որպես կանոն, ունի ավելի մեծ համաչափություն, քան անցումային կետից ցածր:

Երկրորդ տեսակի փուլային անցումների ամենատարածված օրինակները. համակարգի անցում կրիտիկական կետով, պարամագնիս-ֆերոմագնիս կամ պարամագնիս-հակաֆերոմագնիս անցում, մետաղների և համաձուլվածքների անցում գերհաղորդականության վիճակի, անցում հեղուկ հելիումը՝ գերհեղուկ վիճակի, ամորֆ նյութերի անցումը ապակյա վիճակի։

Ժամանակակից ֆիզիկան նաև ուսումնասիրում է համակարգեր, որոնք ունեն երրորդ կամ ավելի բարձր կարգի փուլային անցումներ: Վերջերս լայն տարածում է գտել քվանտային փուլային անցման հայեցակարգը, այսինքն. փուլային անցում, որը վերահսկվում է ոչ թե դասական ջերմային տատանումներով, այլ քվանտային տատանումներով, որոնք գոյություն ունեն նույնիսկ բացարձակ զրոյական ջերմաստիճաններում։

Ֆազային անցումների բաժանումը երկու տեսակի որոշ չափով կամայական է, քանի որ կան առաջին կարգի փուլային անցումներ պատվերի պարամետրում փոքր թռիչքներով և բարձր զարգացած տատանումներով անցման փոքր ջերմություններ: Սա առավել բնորոշ է հեղուկ բյուրեղային փուլերի միջև անցումներին:

Ուղարկել ձեր լավ աշխատանքը գիտելիքների բազայում պարզ է: Օգտագործեք ստորև բերված ձևը

Ուսանողները, ասպիրանտները, երիտասարդ գիտնականները, ովքեր օգտագործում են գիտելիքների բազան իրենց ուսումնառության և աշխատանքի մեջ, շատ շնորհակալ կլինեն ձեզ:

Տեղադրվել է http://www.allbest.ru/

Սմոլենսկի պետական ​​համալսարան

Թեմայի շուրջ՝ «Փուլային անցումներ»

Ավարտեց՝ 1-ին կուրսի ուսանող

Դոլնիկով Ալեքսանդր

1. Ֆազային անցման հայեցակարգ

2. Ֆազային անցումների դասակարգում

3. Առաջին տեսակի փուլային անցումներ

4. Նյութերի ագրեգատային վիճակներ

4.1 Գազային նյութի հասկացությունը

4.2 Հեղուկ նյութի հասկացությունը

4.3 Կոշտության հասկացությունը

4.4 Պլազմայի հայեցակարգը

5. Քվանտային փուլային անցում

6. Երկրորդ տեսակի փուլային անցումներ

7. Ֆազային հավասարակշռություն

Մատենագիտություն

1. Փուլային անցման հայեցակարգը

փուլային անցում(փուլային փոխակերպում) թերմոդինամիկայի մեջ - նյութի անցում մեկ թերմոդինամիկական փուլից մյուսը, երբ փոխվում են արտաքին պայմանները: Համակարգի շարժման տեսանկյունից փուլային դիագրամի երկայնքով՝ դրա ինտենսիվ պարամետրերի (ջերմաստիճան, ճնշում և այլն) փոփոխությամբ, փուլային անցում է տեղի ունենում, երբ համակարգը հատում է երկու փուլերը բաժանող գիծը: Քանի որ տարբեր թերմոդինամիկական փուլեր նկարագրվում են վիճակի տարբեր հավասարումներով, միշտ հնարավոր է գտնել մի մեծություն, որը կտրուկ փոխվում է փուլային անցման ժամանակ:

Քանի որ թերմոդինամիկ փուլերի բաժանումը վիճակների ավելի փոքր դասակարգում է, քան նյութի ագրեգատ վիճակների բաժանումը, ամեն փուլային անցում չէ, որ ուղեկցվում է ագրեգատային վիճակի փոփոխությամբ: Այնուամենայնիվ, ագրեգացման վիճակի ցանկացած փոփոխություն փուլային անցում է:

Ամենահաճախ դիտարկվող փուլային անցումները ջերմաստիճանի փոփոխությամբ, բայց մշտական ​​ճնշման (սովորաբար հավասար 1 մթնոլորտի) անցումներով են: Ահա թե ինչու հաճախ օգտագործվում են փուլային անցման, հալման կետ և այլն «կետ» (այլ ոչ թե գիծ) տերմինները: Իհարկե, փուլային անցում կարող է տեղի ունենալ ինչպես ճնշման փոփոխությամբ, այնպես էլ մշտական ​​ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում, բայց նաև. բաղադրիչների կոնցենտրացիայի փոփոխությամբ (օրինակ, աղի բյուրեղների հայտնվելը լուծույթում, որը հասել է հագեցվածության):

2. Ֆազային անցումների դասակարգում

Փուլային անցումներ, որոնցում թերմոդինամիկական պոտենցիալների առաջին ածանցյալները կտրուկ փոխվում են՝ կապված համակարգի ինտենսիվ պարամետրերի (ջերմաստիճանի կամ ճնշման) հետ։ Առաջին տեսակի անցումներն իրականացվում են ինչպես համակարգի անցման ժամանակ ագրեգացման մի վիճակից մյուսին, այնպես էլ ագրեգացման մեկ վիճակի ընթացքում (ի տարբերություն երկրորդ տեսակի փուլային անցումների, որոնք տեղի են ունենում ագրեգացման մեկ վիճակում):

Ամենատարածված օրինակները առաջին տեսակի փուլային անցումներ:

հալեցում և բյուրեղացում

գոլորշիացում և խտացում

սուբլիմացիա և սուբլիմացիա

Փուլային անցումներ, որոնցում թերմոդինամիկական պոտենցիալների երկրորդ ածանցյալները ճնշման և ջերմաստիճանի նկատմամբ կտրուկ փոխվում են, մինչդեռ դրանց առաջին ածանցյալները աստիճանաբար փոխվում են: Սրանից, մասնավորապես, հետևում է, որ նյութի էներգիան և ծավալը չեն փոխվում երկրորդ կարգի փուլային անցման ժամանակ, սակայն փոխվում են նրա ջերմունակությունը, սեղմելիությունը, տարբեր զգայունությունները և այլն։ իսպառ անհետանում կամ նվազում են։ Համաչափության փոփոխության հետևանքով երկրորդ կարգի փուլային անցման նկարագրությունը տրված է Լանդաուի տեսությամբ։ Ներկայումս ընդունված է խոսել ոչ թե համաչափության փոփոխության, այլ անցումային կետում արտաքին տեսքի մասին. պատվերի պարամետր, հավասար է զրոյի ավելի քիչ պատվիրված փուլում և փոխվում է զրոյից (անցումային կետում) ոչ զրոյական արժեքների ավելի դասավորված փուլում:

Երկրորդ կարգի փուլային անցումների ամենատարածված օրինակներն են.

համակարգի անցումը կրիտիկական կետով

անցումային պարամագնիս-ֆերոմագնիս կամ պարամագնիս-հակաֆերոմագնիս (կարգի պարամետր՝ մագնիսացում)

մետաղների և համաձուլվածքների անցումը գերհաղորդականության վիճակին (կարգի պարամետրը գերհաղորդիչ կոնդենսատի խտությունն է)

հեղուկ հելիումի անցում գերհեղուկ վիճակի (p.p. - գերհեղուկ բաղադրիչի խտություն)

ամորֆ նյութերի անցումը ապակե վիճակի

Ժամանակակից ֆիզիկան նաև ուսումնասիրում է համակարգեր, որոնք ունեն երրորդ կամ ավելի բարձր կարգի փուլային անցումներ:

Վերջերս լայն տարածում գտավ քվանտային փուլային անցում հասկացությունը, այսինքն՝ փուլային անցում, որը վերահսկվում է ոչ թե դասական ջերմային տատանումներով, այլ քվանտներով, որոնք գոյություն ունեն նույնիսկ բացարձակ զրոյական ջերմաստիճաններում, որտեղ դասական փուլային անցում չի կարող իրականացվել՝ պայմանավորված Ներնստի թեորեմ.

3. Առաջին տեսակի փուլային անցումներ

· Պլավլե մ ոչ - Սա մարմնի անցման գործընթացն է բյուրեղային պինդ վիճակից հեղուկ վիճակի, այսինքն՝ նյութի անցումը ագրեգացիայի մի վիճակից մյուսին: Հալումը տեղի է ունենում հալման հատուկ ջերմության կլանմամբ և առաջին կարգի փուլային անցում է, որն ուղեկցվում է. սպազմոդիկջերմային հզորության փոփոխություն յուրաքանչյուր նյութի փոխակերպման հատուկ ջերմաստիճանի կետում՝ հալման կետում:

Հալվելու ունակությունվերաբերում է նյութի ֆիզիկական հատկություններին

Նորմալ ճնշման դեպքում, ամենաբարձր ջերմաստիճանը հալվելըՄետաղների մեջ վոլֆրամն ունի (3422 ° C), պարզ նյութերից՝ ածխածին (ըստ տարբեր աղբյուրների՝ 3500 - 4500 ° C), իսկ կամայական նյութերից՝ տանտալ-հաֆնիումի կարբիդ Ta 4 HfC 5 (4216 ° C): Կարելի է ենթադրել, որ հելիումն ունի ամենացածր հալման կետը. նորմալ ճնշման դեպքում այն ​​մնում է հեղուկ կամայականորեն ցածր ջերմաստիճաններում:

Շատ նյութեր նորմալ ճնշման դեպքում չունեն հեղուկ փուլ: Տաքանալիս սուբլիմացիայի միջոցով անմիջապես անցնում են գազային վիճակի։

· Բյուրեղացում - նյութի հեղուկ վիճակից պինդ բյուրեղային վիճակի փուլային անցման գործընթացը բյուրեղների ձևավորմամբ. Փուլը թերմոդինամիկական համակարգի միատարր մասն է, որը բաժանված է համակարգի այլ մասերից (այլ փուլերից) միջերեսով, որի միջով անցնելիս նյութի քիմիական բաղադրությունը, կառուցվածքը և հատկությունները կտրուկ փոխվում են։

Բյուրեղացումը բյուրեղների տեսքով պինդ փուլը լուծույթներից կամ հալոցքներից բաժանելու գործընթաց է, քիմիական արդյունաբերության մեջ բյուրեղացման գործընթացն օգտագործվում է մաքուր ձևով նյութեր ստանալու համար:

Բյուրեղացումը սկսվում է, երբ հասնում է որոշակի սահմանափակող պայման, օրինակ՝ հեղուկի գերսառեցում կամ գոլորշիների գերհագեցում, երբ շատ փոքր բյուրեղներ հայտնվում են գրեթե ակնթարթորեն. բյուրեղացման կենտրոններ. Բյուրեղները աճում են հեղուկից կամ գոլորշիից ատոմներ կամ մոլեկուլներ կցելով: Բյուրեղյա երեսների աճը տեղի է ունենում շերտ առ շերտ, թերի ատոմային շերտերի (քայլերի) եզրերը աճի ընթացքում շարժվում են դեմքի երկայնքով։ Աճի արագության կախվածությունը բյուրեղացման պայմաններից հանգեցնում է աճի տարբեր ձևերի և բյուրեղային կառուցվածքների (բազմաթև, շերտավոր, ասեղնաձև, կմախքային, դենդրիտային և այլ ձևեր, մատիտային կառուցվածքներ և այլն): Բյուրեղացման գործընթացում անխուսափելիորեն առաջանում են տարբեր թերություններ։

Բյուրեղացման կենտրոնների քանակի և աճի արագության վրա էականորեն ազդում է գերսառեցման աստիճանը։

Գերսառեցման աստիճանը հեղուկ մետաղի սառեցման մակարդակն է բյուրեղային (պինդ) մոդիֆիկացիայի անցման ջերմաստիճանից ցածր: Ս.փ. անհրաժեշտ է փոխհատուցել բյուրեղացման թաքնված ջերմության էներգիան: Առաջնային բյուրեղացումը մետաղներում (համաձուլվածքներ և հեղուկներ) բյուրեղների առաջացումն է հեղուկից պինդ վիճակի անցնելու ժամանակ։

· Գոլորշիացում - նյութի հեղուկ վիճակից գոլորշու կամ գազային վիճակի փուլային անցման գործընթաց, որը տեղի է ունենում նյութի մակերեսին. Գոլորշիացման գործընթացը խտացման գործընթացի հակառակն է (գոլորշիից հեղուկի անցում): Գոլորշիացման ընթացքում մասնիկները (մոլեկուլները, ատոմները) դուրս են թռչում (պոկվում) հեղուկի կամ պինդ մակերևույթից, մինչդեռ դրանց կինետիկ էներգիան պետք է բավարար լինի հեղուկի այլ մոլեկուլներից ձգող ուժերը հաղթահարելու համար անհրաժեշտ աշխատանքը կատարելու համար:

· Խտացում գոլորշի (լատ. խտացնել- կուտակել, խտացնել, խտացնել) - նյութի անցումը գազային վիճակից հեղուկ կամ պինդ վիճակի (վերջին պրոցեսի հակառակը կոչվում է. սուբլիմացիա) Առավելագույն ջերմաստիճանը, որից ցածր խտացում է տեղի ունենում, կոչվում է կրիտիկական ջերմաստիճան: Գոլորշին, որից կարող է առաջանալ խտացում, կա՛մ հագեցած է, կա՛մ չհագեցած:

· Սուբլիմացիա - նյութի անցումը պինդ վիճակից անմիջապես գազային վիճակի` շրջանցելով հեղուկ վիճակը. Քանի որ նյութի հատուկ ծավալը փոխվում է սուբլիմացիայի ժամանակ և էներգիան կլանվում է ( սուբլիմացիայի ջերմություն), սուբլիմացիան առաջին կարգի փուլային անցում է։

Հակառակ գործընթացը սուբլիմացիա է: Ապասուբլիմացիայի օրինակ են մթնոլորտային երևույթները, ինչպիսիք են նիմը երկրի մակերեսին և սառնամանիքը՝ ծառերի ճյուղերի և լարերի վրա:

· ապասուբլիմացիա - նյութի գազային վիճակից պինդ վիճակի անցնելու ֆիզիկական պրոցեսը` շրջանցելով հեղուկ վիճակը. Ապասուբլիմացիայի օրինակ է ձմռանը պատուհանների ապակիների վրա սառցե նախշերի հայտնվելը և մթնոլորտային այնպիսի երևույթները, ինչպիսիք են սառույցը և սառնամանիքը:

Desublimation-ն ազատում է էներգիան: Ապասուբլիմացիան էկզոտերմիկ փուլային անցում է:

Հակառակ գործընթացը սուբլիմացիա է (սուբլիմացիա):

4. Նյութերի ագրեգատային վիճակներ

4.1 Գազային նյութի հասկացությունը

Գոլորշիացումը հեղուկի մակերևույթից գոլորշի առաջացումն է։ Նույն ջերմաստիճանում հեղուկի տարբեր մոլեկուլները շարժվում են տարբեր արագություններով: Եթե ​​բավականաչափ «արագ» մոլեկուլը գտնվում է հեղուկի մակերեսին, ապա այն կարող է հաղթահարել հարեւան մոլեկուլների ձգողականությունը և դուրս թռչել հեղուկից։ Հեղուկի մակերևույթից դուրս եկող մոլեկուլները գոլորշի են կազմում: Գոլորշիացման հետ միաժամանակ մոլեկուլները գոլորշուց տեղափոխվում են հեղուկ։ Գոլորշի հեղուկի վերածվելու երեւույթը կոչվում է խտացում։ Եթե ​​դրսից դեպի հեղուկ էներգիայի ներհոսք չկա, ապա գոլորշիացող հեղուկը սառչում է։ Գոլորշիների խտացումն ուղեկցվում է էներգիայի արտազատմամբ։ Հեղուկի գոլորշիացման արագությունը կախված է հեղուկի տեսակից և ջերմաստիճանից, մակերեսի մակերեսից, հեղուկի մակերևույթի վրա օդային զանգվածների (քամու) տեղաշարժից: Եռացումը հեղուկի ներսից և մակերևույթից գոլորշիացում է: Երբ հեղուկը տաքացվում է, նրա ներսում աստիճանաբար աճում են օդային պղպջակներ (այն լուծվում է դրա մեջ)։ Պղպջակների վրա ազդող Արքիմեդյան ուժը մեծանում է, դրանք վեր են լողում և պայթում։ Այս փուչիկները պարունակում են ոչ միայն օդ, այլև ջրի գոլորշի, քանի որ հեղուկը գոլորշիանում է այս փուչիկների ներսում: Եռման կետը հեղուկի եռման ջերմաստիճանն է: t o = const-ում եռալու գործընթացում էներգիան հեղուկին պետք է մատակարարվի ջերմափոխանակմամբ, այսինքն. ավելացնել գոլորշիացման ջերմությունը

Գոլորշացման ջերմությունը համաչափ է գոլորշու վերածված նյութի զանգվածին։ Արժեքը գոլորշիացման հատուկ ջերմությունն է: Այն ցույց է տալիս, թե որքան ջերմություն է անհրաժեշտ մշտական ​​ջերմաստիճանում 1 կգ հեղուկը գոլորշու վերածելու համար։ Այն չափվում է J / կգ, կՋ / կգ: Գոլորշացման ջերմության ամենամեծ մասը ծախսվում է մասնիկների միջև կապերը խզելու վրա, դրա մի մասը գնում է գոլորշու ընդլայնման ժամանակ կատարված աշխատանքին։ Ճնշման մեծացման հետ հեղուկի եռման կետը բարձրանում է, իսկ գոլորշիացման հատուկ ջերմությունը նվազում է։

Որքան վառիչ է գազը, այսինքն. որքան փոքր է նյութի ատոմային զանգվածը, այնքան մեծ է այն:

Ջերմային շարժմանը մասնակցող հեղուկի մոլեկուլները շարունակաբար բախվում են միմյանց։ Սա ստիպում է նրանցից ոմանք ձեռք բերել բավականաչափ կինետիկ էներգիա՝ մոլեկուլային գրավչությունը հաղթահարելու համար։ Նման մոլեկուլները, գտնվելով հեղուկի մակերեսին, դուրս են թռչում դրանից՝ հեղուկի վերևում առաջացնելով գոլորշի (գազ): Գոլորշիների մոլեկուլները, որոնք պատահականորեն շարժվում են, հարվածում են հեղուկի մակերեսին: Այս դեպքում դրանցից մի քանիսը կարող են անցնել հեղուկի մեջ: Հեղուկի մոլեկուլների արտանետման և հեղուկ վերադարձի այս երկու գործընթացները տեղի են ունենում միաժամանակ: Եթե ​​ելքային մոլեկուլների թիվն ավելի մեծ է, քան վերադարձողների թիվը, ապա հեղուկի զանգվածը նվազում է, այսինքն. հեղուկը գոլորշիանում է, եթե հակառակը, ապա հեղուկի քանակը մեծանում է, այսինքն. տեղի է ունենում գոլորշիների խտացում. Հնարավոր է դեպք, երբ հեղուկի և դրա վերևում գտնվող գոլորշու զանգվածները չեն փոխվում։ Դա հնարավոր է, երբ հեղուկը լքող մոլեկուլների թիվը հավասար է նրան վերադարձող մոլեկուլների թվին։ Նման վիճակը կոչվում է դինամիկ հավասարակշռություն, իսկ գոլորշին, որը դինամիկ հավասարակշռության մեջ է իր հեղուկի հետ, կոչվում է հագեցած: Եթե ​​գոլորշու և հեղուկի միջև դինամիկ հավասարակշռություն չկա, ապա այն կոչվում է չհագեցած: Ակնհայտ է, որ հագեցած գոլորշին տվյալ ջերմաստիճանում ունի որոշակի խտություն, որը կոչվում է հավասարակշռություն:

Ջերմության այն քանակությունը, որը պետք է փոխանցվի հեղուկի միավոր զանգվածին, որպեսզի այն գոլորշու վերածվի մշտական ​​ջերմաստիճանում, կոչվում է գոլորշիացման հատուկ ջերմություն: Գոլորշացման հատուկ ջերմությունը կախված է հեղուկի ջերմաստիճանից՝ նվազումով դրա ավելացման հետ։ Կոնդենսացիայի ընթացքում հեղուկի գոլորշիացման վրա ծախսվող ջերմության քանակն ազատվում է։ Կոնդենսացիան գազային վիճակից հեղուկ վիճակի անցնելու գործընթացն է։

Ջերմային շարժման կինետիկ էներգիայի անհավասար բաշխումը հանգեցնում է դրան։ Որ ցանկացած ջերմաստիճանի դեպքում որոշ մոլեկուլների կինետիկ էներգիան կարող է գերազանցել մնացածի հետ կապվելու պոտենցիալ էներգիան։ Գոլորշիացումն այն գործընթացն է, որով մոլեկուլները դուրս են գալիս հեղուկի կամ պինդի մակերեսից: Գոլորշիացումը ուղեկցվում է սառեցմամբ, քանի որ ավելի արագ մոլեկուլները հեռանում են հեղուկից: Փակ անոթում հեղուկի գոլորշիացումը մշտական ​​ջերմաստիճանում հանգեցնում է գազային վիճակում մոլեկուլների կոնցենտրացիայի ավելացմանը։ Որոշ ժամանակ անց հավասարակշռություն է առաջանում գոլորշիացող և հեղուկ վերադարձող մոլեկուլների քանակի միջև:

Իր հեղուկի հետ դինամիկ հավասարակշռության մեջ գտնվող գազային նյութը կոչվում է հագեցած գոլորշի: Հագեցած գոլորշու ճնշումից ցածր ճնշման դեպքում գոլորշին կոչվում է չհագեցած: Հագեցած գոլորշու ճնշումը մշտական ​​ջերմաստիճանում կախված չէ ծավալից: Մոլեկուլների մշտական ​​կոնցենտրացիայի դեպքում հագեցած գոլորշիների ճնշումն ավելի արագ է աճում, քան իդեալական գազի ճնշումը, քանի որ մոլեկուլների քանակը մեծանում է ջերմաստիճանի հետ։ Տվյալ ջերմաստիճանում ջրի գոլորշու ճնշման հարաբերակցությունը նույն ջերմաստիճանում հագեցվածության գոլորշու ճնշմանը, արտահայտված որպես տոկոս, կոչվում է օդի հարաբերական խոնավություն։ Որքան ցածր է ջերմաստիճանը, այնքան ցածր է հագեցած գոլորշիների ճնշումը, այնպես որ, երբ սառչում է որոշակի ջերմաստիճանում, գոլորշին դառնում է հագեցած: Այս ջերմաստիճանը կոչվում է ցողի կետ t p.

4.2 Հեղուկ նյութի հասկացությունը

Հեղուկի մոլեկուլները գտնվում են միմյանցից բավական մոտ, որ երբ փորձ է արվում սեղմել հեղուկը, առաջանում են մեծ վանող ուժեր։ Այստեղից էլ հեղուկների ցածր սեղմելիությունը։ Մոլեկուլները նստակյաց կյանք են վարում, միջինում դա 10 -11 վ է։ Հեղուկները հեղուկ են, այսինքն. չեն պահպանում իրենց ձևը

Թող հեղուկը զբաղեցնի փակ անոթի ծավալի մի մասը։ Ցանկացած ջերմաստիճանի դեպքում հեղուկի ներսում կան բավականաչափ էներգետիկ մոլեկուլներ, որոնք ունակ են խզել կապերը հարևան մոլեկուլների հետ և դուրս թռչել հեղուկից: Որքան բարձր է ջերմաստիճանը և քամու առկայության դեպքում, այնքան ավելի արագ է գոլորշիացումը: Միևնույն ժամանակ, գոլորշու մեջ, որը զբաղեցնում է նավի ներսում մնացած ծավալը, միշտ կլինեն մոլեկուլներ, որոնք հետ են թռչում հեղուկի մեջ և չեն կարող հետ թռչել: Այսպիսով, այս նավի մեջ մշտապես տեղի են ունենում երկու մրցակցային գործընթացներ՝ գոլորշիացում և հակադարձ խտացում։ Երբ հեղուկից դուրս եկող մոլեկուլների թիվը հավասարվում է հետ վերադարձող մոլեկուլների թվին, ապա հեղուկ և գազային փուլերի միջև տեղի է ունենում դինամիկ հավասարակշռություն, ասում են, որ գոլորշին հասել է հագեցվածության։

Քանի որ հեղուկի ջերմաստիճանը բարձրանում է, գոլորշիացման արագությունը մեծանում է, հեղուկը սկսում է եռալ: Եռալու ժամանակ հեղուկի ամբողջ ծավալով առաջանում են արագ աճող գոլորշիների պղպջակներ, որոնք լողում են դեպի մակերես։ Հեղուկի եռման կետը մնում է հաստատուն։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ հեղուկին մատակարարվող ողջ էներգիան ծախսվում է այն գոլորշու վերածելու վրա:

Հեղուկի մեջ միշտ առկա են լուծված գազեր, որոնք արտանետվում են անոթի հատակին և պատերին, ինչպես նաև հեղուկի մեջ կախված փոշու մասնիկներին։ Հեղուկ գոլորշիները, որոնք գտնվում են փուչիկների ներսում, հագեցած են: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ գոլորշիների ճնշումը մեծանում է, իսկ փուչիկները մեծանում են չափերով: Լողացող ուժի գործողության ներքո նրանք լողում են վերև: Եթե ​​հեղուկի վերին շերտերն ունեն ավելի ցածր ջերմաստիճան, ապա այս շերտերում գոլորշիները խտանում են փուչիկների մեջ։ Ճնշումը արագորեն նվազում է, և փուչիկները փլուզվում են: Փլուզումն այնքան արագ է, որ փուչիկի պատերը, բախվելով, պայթյունի պես մի բան են առաջացնում: Այս միկրոպայթյուններից շատերը բնորոշ աղմուկ են ստեղծում: Երբ հեղուկը բավականաչափ տաքանում է, փուչիկները դադարում են փլվել և լողում են մակերես: Հեղուկը կեռա։ Եռալուց առաջ թեյնիկը գրեթե դադարում է աղմկել։

Հագեցման գոլորշու ճնշման կախվածությունը ջերմաստիճանից բացատրում է, թե ինչու է հեղուկի եռման կետը կախված նրա մակերեսի ճնշումից։ Գոլորշի պղպջակը կարող է աճել, երբ դրա ներսում հագեցած գոլորշու ճնշումը փոքր-ինչ գերազանցում է հեղուկի ճնշումը, որը հեղուկի մակերեսի օդի ճնշման գումարն է (արտաքին ճնշում) և հեղուկ սյունակի հիդրոստատիկ ճնշումը: Եռումը սկսվում է մի ջերմաստիճանում, որի դեպքում փուչիկների հագեցվածության գոլորշու ճնշումը հավասար է հեղուկի ճնշմանը: Որքան մեծ է արտաքին ճնշումը, այնքան բարձր է եռման կետը, և հակառակը, արտաքին ճնշումը նվազեցնելով, եռման ջերմաստիճանը նվազում է։

Յուրաքանչյուր հեղուկ ունի իր եռման կետը, որը կախված է հագեցվածության գոլորշու ճնշումից: Որքան բարձր է հագեցած գոլորշու ճնշումը, այնքան ցածր է համապատասխան հեղուկի եռման կետը, քանի որ. ցածր ջերմաստիճանների դեպքում հագեցած գոլորշիների ճնշումը հավասարվում է մթնոլորտային ճնշմանը:

Կրիտիկական ջերմաստիճանը այն ջերմաստիճանն է, որի դեպքում հեղուկի և նրա հագեցած գոլորշու ֆիզիկական հատկությունների տարբերությունները անհետանում են: Կրիտիկական ջերմաստիճանի հասկացությունը ներկայացվել է Դ.Ի.Մենդելեևի կողմից: Կրիտիկական ջերմաստիճանում հագեցած գոլորշիների խտությունը և ճնշումը դառնում են առավելագույն, իսկ հեղուկի խտությունը գոլորշիների հետ հավասարակշռության մեջ՝ նվազագույն: Կրիտիկական ջերմաստիճանի հատուկ նշանակությունը կայանում է նրանում, որ կրիտիկական ջերմաստիճանից բարձր ջերմաստիճանում, առանց ճնշման, գազը չի կարող վերածվել հեղուկի։ Կրիտիկական ջերմաստիճանից ցածր գազը չհագեցած գոլորշի է:

4.3 Կոշտության հասկացությունը

Պինդ վիճակում ատոմները կամ մոլեկուլները կարող են թրթռալ միայն որոշակի հավասարակշռության դիրքերի շուրջ: Հետևաբար, պինդները պահպանում են և՛ ձևը, և՛ ծավալը: Բյուրեղային պինդ մարմիններում ատոմների (մոլեկուլների) կենտրոնները կազմում են տարածական վանդակ, որի հանգույցներում կան նյութի ատոմներ։ Ամորֆ պինդ մարմինները չունեն կոշտ կառուցվածք և ավելի շուտ նման են պինդ հեղուկների։

Նյութի անցումը պինդ վիճակից հեղուկի կոչվում է հալում։ Հակառակ գործընթացը կոչվում է բուժում: Այն ջերմաստիճանը, որում նյութը հալվում է (պինդանում) կոչվում է նյութի հալման (պինդացման) ջերմաստիճան։ Նույն պայմաններում տվյալ նյութի հալման և պնդացման ջերմաստիճանները նույնն են: Հալման (պինդացման) ընթացքում նյութի ջերմաստիճանը չի փոխվում։ Սակայն դա չի նշանակում, որ հալման գործընթացում էներգիա չպետք է մատակարարվի մարմնին։ Փորձը ցույց է տալիս, որ եթե ջերմափոխանակմամբ էներգիայի մատակարարումը դադարում է, ապա հալման գործընթացը նույնպես դադարում է։ Հալման ընթացքում մարմնին մատակարարվող ջերմությունը նվազեցնում է նյութի մասնիկների միջև կապերը, այսինքն. բյուրեղյա ցանցի ոչնչացմանը: Այս դեպքում մեծանում է մասնիկների փոխազդեցության էներգիան։ Հալման ժամանակ ջերմության մի փոքր մասը ծախսվում է մարմնի ծավալը փոխելու աշխատանքներ կատարելու վրա, քանի որ նյութերի մեծ մասում հալման ժամանակ ծավալը մեծանում է։ Հալման գործընթացում մարմնին մատակարարվում է որոշակի քանակությամբ ջերմություն, որը կոչվում է միաձուլման ջերմություն։ Միաձուլման ջերմությունը համաչափ է հալված նյութի զանգվածին։ Արժեքը (լամբդա) կոչվում է նյութի միաձուլման հատուկ ջերմություն։ Միաձուլման հատուկ ջերմությունը ցույց է տալիս, թե որքան ջերմություն է անհրաժեշտ տվյալ նյութի միավոր զանգվածը հալման կետում հալելու համար։ Այն չափվում է J / կգ, կՋ / կգ:

4.4 Պլազմայի հայեցակարգը

«Պլազմա» տերմինն առաջարկվել է օգտագործել ամերիկացի ֆիզիկոսներ Լանգմյուիրը և Թոնկսը 1923 թվականին։ Պլազման 10000 աստիճան և բարձր ջերմաստիճանում նյութի գոյության նորմալ ձև է, այն գազ է, որում ատոմների կամ մոլեկուլների զգալի մասը իոնացված է։ Զարմանալիորեն, պլազման բնության մեջ նյութի ամենատարածված վիճակն է, որը կազմում է տիեզերքի զանգվածի մոտ 99%-ը: Արևը և աստղերը, ինչպես նշվեց վերևում, ոչ այլ ինչ են, քան բարձր ջերմաստիճանի պլազմայի կուտակումներ, Երկրի մթնոլորտային թաղանթի վերին շերտը, այսպես կոչված, իոնոսֆերան նույնպես ձևավորվում է պլազմայից, պլազմա պարունակող ճառագայթային գոտիները գտնվում են նույնիսկ ավելի բարձր: Ավրորաները, կայծակները, ներառյալ գնդակները, բոլորը պլազմայի տարբեր տեսակներ են, որոնք կարելի է դիտարկել Երկրի բնական պայմաններում: Եվ Տիեզերքի միայն աննշան հատվածն է կազմված պինդ վիճակում գտնվող նյութից՝ մոլորակներ, աստերոիդներ և փոշու միգամածություններ: Բացի այդ, պլազման ունի շատ հետաքրքիր հատկություններ, որոնք ավելի ու ավելի են օգտագործվում ժամանակակից տեխնոլոգիաների մեծ խնդիրներին նվիրված մշակումներում: Դիտարկենք փակ անոթ՝ պատրաստված շատ հրակայուն նյութից, որի մեջ կա մի փոքր քանակությամբ նյութ։ Աստիճանաբար բարձրացնելով նրա ջերմաստիճանը՝ անոթը կտաքացնենք նրա մեջ պարունակվող նյութի հետ միասին։ Ենթադրենք, որ սկզբնական շրջանում անոթում պարունակվող նյութը եղել է պինդ վիճակում։ Ժամանակի ինչ-որ պահի այս նյութը կսկսի հալվել, և նույնիսկ ավելի բարձր ջերմաստիճանի դեպքում այն ​​գոլորշիանալու է: Ստացված գազը հավասարապես կլցնի ամբողջ ծավալը։ Երբ հասնում է բավականաչափ բարձր ջերմաստիճանի, գազի բոլոր մոլեկուլները, եթե դա մոլեկուլային գազ է, տարանջատվում են, դրանք կքայքայվեն առանձին ատոմների: Արդյունքում նյութը կազմող տարրերի գազային խառնուրդը կմնա անոթում։ Ժամանակ առ ժամանակ հանդիպելով միմյանց հետ բախումների՝ այս նյութի ատոմներն արագ կշարժվեն պատահականորեն:

5. Քվանտային փուլային անցում

Քվանտային փուլային անցում(քվանտային փուլային փոխակերպում) - նյութի անցում մեկ քվանտային թերմոդինամիկական փուլից մյուսին արտաքին պայմանների փոփոխությամբ, որը տեղի է ունենում, սակայն, ջերմային տատանումների բացակայության դեպքում, այսինքն՝ ժամը։ Այսպիսով, համակարգը վերակառուցվում է որոշ ոչ ջերմային պարամետրերի ազդեցության տակ (օրինակ՝ ճնշում կամ մագնիսական դաշտ):

Դասական փուլային անցումը նկարագրվում է տվյալ համակարգի թերմոդինամիկական ֆունկցիաների ընդհատումով։ Նման բացը ցույց է տալիս, որ համակարգի մասնիկները վերադասավորվել են։ Նման վարքագծի բնորոշ օրինակ է ջրի անցումը հեղուկից պինդ վիճակի (սառույց): Երկու մրցակցող պարամետրեր պատասխանատու են դասական փուլային անցումների ժամանակ տեղի ունեցող գործընթացների համար՝ համակարգի էներգիան և նրա ջերմային տատանումների էնտրոպիան: Դասական համակարգի էնտրոպիան բացակայում է զրոյական ջերմաստիճանում, ուստի փուլային անցում չի կարող տեղի ունենալ: փուլային անցումային քվանտային ագրեգատ

Այնուամենայնիվ, քվանտային տատանումները տեղի են ունենում քվանտային մեխանիկական համակարգում, որոնք պատասխանատու են փուլային անցման համար: Այսպիսով, քվանտային տատանումները կարող են համակարգը տեղափոխել այլ փուլ։ Այս քվանտային տատանումները վերահսկվում են ոչ ջերմային պարամետրերով, ինչպիսիք են ճնշումը և կոնցենտրացիան:

Առաջին կարգի քվանտային փուլային անցում ունեցող համակարգը հելիումն է: Մթնոլորտային ճնշման դեպքում այն ​​չի անցնում պինդ փուլ, նույնիսկ բացարձակ զրոյի դեպքում: Այնուամենայնիվ, 25 մթնոլորտից բարձր ճնշման դեպքում հելիումը բյուրեղանում է վեցանկյուն փաթեթավորման մեջ:

Նյութերի ամենաակնառու ներկայացուցիչը, որոնցում տեղի է ունենում երկրորդ կարգի քվանտային փուլային անցում, պարուրաձև ֆերոմագնիս MnSi-ն է։ Այս նյութը նորմալ ճնշման դեպքում կրիտիկական անցումային ջերմաստիճան ունի պարամագնիսական վիճակից թույլ ֆերոմագնիսական վիճակի 29 Կ: Այնուամենայնիվ, երբ արտաքին հիդրոստատիկ ճնշումը կիրառվում է 14,6 կբարի կարգի, ինչը հանգեցնում է քվանտային փուլային անցման:

6. Երկրորդ տեսակի փուլային անցումներ

Սիմետրիայի փոփոխություն

Երկրորդ տեսակի փուլային անցումները ուղեկցվում են նյութի համաչափության փոփոխությամբ։ Համաչափության փոփոխությունը կարող է կապված լինել բյուրեղային ցանցում որոշակի տեսակի ատոմների տեղաշարժի կամ նյութի կարգի փոփոխության հետ։

Շատ դեպքերում, ավելի մեծ համաչափությամբ փուլը (այսինքն, ներառյալ մյուս փուլի բոլոր համաչափությունները) համապատասխանում է ավելի բարձր ջերմաստիճանի, բայց կան բացառություններ: Օրինակ՝ Ռոշելի աղի Կյուրիի ստորին կետով անցնելիս, ավելի ցածր ջերմաստիճանին համապատասխանող փուլն ունի ռոմբիկ սիմետրիա, մինչդեռ ավելի բարձր ջերմաստիճանին համապատասխանող փուլը՝ մոնոկլինիկ սիմետրիա։

Երկրորդ կարգի փուլային անցման ժամանակ սիմետրիան քանակականորեն բնութագրելու համար ներկայացվում է կարգի պարամետր, որն ընդունում է ոչ զրոյական արժեքներ ավելի մեծ համաչափությամբ փուլում և նույնականորեն հավասար է զրոյի խանգարված փուլում:

Երկրորդ կարգի փուլային անցումների տեսական նկարագրությունը

Լանդաուի տեսություն

Միջին դաշտի տեսությունը կրիտիկական երևույթները տեսականորեն նկարագրելու առաջին և ամենապարզ միջոցն է: Դա անելու համար Համիլտոնյան բազմաթիվ մասնիկների փոխազդեցությունը գծայինացվում է, այսինքն, ըստ էության, այն փոխարինվում է մեկ մասնիկանոց Համիլտոնյանով, որն ունի որոշակի արդյունավետ ինքնահաստատող դաշտ: Այսպիսով, մենք կարճաժամկետ գործողությունից անցնում ենք երկարաժամկետ գործողության, այսինքն՝ փոխազդեցության ֆորմալ անսահման շառավղով։ Մենք նաև անտեսում ենք հարաբերակցության ազդեցությունները:

Միջին դաշտի տեսության կիրառումը փուլային անցումները նկարագրելու համար իրականում համարժեք է Լանդաուի տեսության կիրառմանը, այսինքն՝ կրիտիկական կետի մոտ կարգի պարամետրի հզորություններում գործող ազատ էներգիայի ընդլայնմանը:

Ֆազային անցումները նկարագրելիս արդյունավետ դաշտը սովորաբար ենթադրվում է, որ համաչափ է կարգի պարամետրին: Որպես կանոն, համաչափության գործակիցը համակարգի մասնիկների փոխազդեցության միջին էներգիան է։ Այսպիսով, մագնիսներում դիտարկվում է գործողությունը տեղական մագնիսական դաշտի մեկ էլեկտրոնային սպինի վրա, որը ստեղծվել է հարևան սպիններով:

Լանդաուի տեսության մեջ մագնիսի համար կրիտիկական ցուցիչներ.

Այլ համակարգերի համար՝ հակաֆերոմագնիս, երկուական համաձուլվածք և հեղուկ-գոլորշի համակարգեր, դաշտի միջին տեսությունը տալիս է նույն կրիտիկական ցուցանիշները:

Դաշտի միջին տեսության մեջ ստացված կրիտիկական ցուցիչները վատ համընկնում են փորձարարական արժեքների հետ: Բայց դա կանխատեսում է ցուցանիշների ամբողջական ունիվերսալությունը, այսինքն՝ նրանց անկախությունը տեսության մանրամասներից։

Տեսության հիմնական թերությունն այն է, որ այն կիրառելի չէ այն դեպքերում, երբ կարգի պարամետրի տատանումները դառնում են նշանակալի, այսինքն՝ անմիջապես փուլային անցման կետի մոտակայքում. Լանդաուի տեսությունը վավեր է այնքան ժամանակ, քանի դեռ տատանումները գծային ծավալով են: Հարաբերակցության շառավիղի կարգի չափերը փոքր են կարգի պարամետրի հավասարակշռության արժեքի համեմատ: Հակառակ դեպքում թերմոդինամիկական մոտեցումն անկիրառելի է։ Ինքնին փուլային անցման կետերի համար տեսությունը տալիս է գերագնահատված ընթերցումներ, և դրա կողմից կանխատեսված կրիտիկական ցուցիչները տարբերվում են փորձարարական արժեքներից: Բացի այդ, կրիտիկական ցուցիչները, ըստ դաշտի միջին տեսության, կախված չեն տարածության չափերից և կարգի պարամետրից։ d=1, d=2 չափումներ ունեցող համակարգերի համար դաշտի միջին տեսությունն ընդհանրապես կիրառելի չէ։

· Երկրորդ կարգի փուլային անցումների օրինակներ

անցումային պարամագնիս-ֆերոմագնիս կամ պարամագնիս-հակաֆերոմագնիս (կարգի պարամետր՝ մագնիսացում),

մետաղների և համաձուլվածքների անցումը գերհաղորդականության վիճակի (կարգի պարամետրը գերհաղորդիչ կոնդենսատի խտությունն է),

հեղուկ հելիումի անցումը գերհեղուկ վիճակի (p.p.-ը գերհեղուկ բաղադրիչի խտությունն է),

· ամորֆ նյութերի անցում ապակե վիճակի.

7. Ֆազային հավասարակշռություն

Ֆազային հավասարակշռությունթերմոդինամիկայի մեջ՝ վիճակ, երբ թերմոդինամիկական համակարգի փուլերը գտնվում են վիճակում ջերմային,մեխանիկականև քիմիականհավասարակշռություն.

Ֆազային հավասարակշռության տեսակները.

Ջերմային հավասարակշռություննշանակում է, որ համակարգի նյութի բոլոր փուլերն ունեն նույն ջերմաստիճանը:

Մեխանիկական հավասարակշռություննշանակում է ճնշումների հավասարություն շփման փուլերի միջերեսի հակառակ կողմերում: Խստորեն ասած, իրական համակարգերում այդ ճնշումները մոտավորապես հավասար են, ճնշման տարբերությունը ստեղծվում է մակերեսային լարվածությամբ:

Քիմիական հավասարակշռություն արտահայտված նյութի բոլոր փուլերի քիմիական պոտենցիալների հավասարությամբ։

Ֆազային հավասարակշռության պայման

Դիտարկենք քիմիապես միատարր համակարգ (բաղկացած է նույն տեսակի մասնիկներից): Թող այս համակարգը միջերես ունենա 1-ին և 2-րդ փուլերի միջև: Ինչպես նշվեց վերևում, փուլային հավասարակշռությունը պահանջում է ջերմաստիճանների և ճնշումների հավասարություն միջերեսում: Որ կայուն ջերմաստիճան և ճնշում ունեցող համակարգում թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակը համապատասխանում է Գիբսի պոտենցիալի նվազագույն կետին:

Նման համակարգի Գիբսի պոտենցիալը հավասար կլինի

որտեղ և են քիմիական պոտենցիալները, և և են մասնիկների քանակը համապատասխանաբար առաջին և երկրորդ փուլերում:

Այս դեպքում գումարը (համակարգի մասնիկների ընդհանուր թիվը) չի կարող փոխվել, ուստի կարող ենք գրել

Եկեք ենթադրենք, որ որոշակիության համար . Այնուհետև, ակնհայտորեն, հասնում է Գիբսի պոտենցիալի նվազագույնը (բոլոր նյութն անցել է առաջին փուլ):

Այսպիսով, փուլային հավասարակշռությունը հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ միջերեսի հակառակ կողմերում այս փուլերի քիմիական պոտենցիալները հավասար են.

Clausis-Claperon հավասարումը

Ֆազային հավասարակշռության պայմանից կարելի է ստանալ հավասարակշռության համակարգում ճնշման կախվածությունը ջերմաստիճանից։ Խոսելով հավասարակշռության մասին հեղուկ - գոլորշու, ապա ճնշումը հասկացվում է որպես հագեցած գոլորշիների ճնշում, իսկ կախվածությունը կոչվում է գոլորշիացման կոր.

Քիմիական պոտենցիալների հավասարության պայմանից բխում է կոնկրետ թերմոդինամիկական պոտենցիալների հավասարության պայմանը.

i-րդ ​​փուլի Գիբսի պոտենցիալը, -- դրա զանգվածը:

ինչը նշանակում է

որտեղ և են փուլերի հատուկ ծավալը և էնտրոպիան: Այստեղից հետևում է, որ

եւ, վերջապես

որտեղ է փուլային անցման հատուկ ջերմությունը (օրինակ, միաձուլման հատուկ ջերմությունը կամ գոլորշիացման հատուկ ջերմությունը):

Վերջին հավասարումը կոչվում է Կլաուզիուս-Կլապեյրոնի հավասարումը.

Գիբսի փուլային կանոն

թերմոդինամիկ հավասարակշռություն, փուլերի քանակը չի կարող գերազանցել բաղադրիչների քանակը՝ ավելացված 2-ով. հիմնադրվել է Ջ.Վ. Գիբսի կողմից 1873-76թթ.

Այժմ դիտարկենք մի համակարգ, ընդհանուր առմամբ, քիմիապես անհամասեռ (կազմված մի քանի նյութերից): Թող լինի համակարգի բաղադրիչների (նյութերի) քանակը և փուլերի քանակը: Նման համակարգի փուլային հավասարակշռության պայմանը կարելի է գրել որպես հավասարումների համակարգ.

Ահա j-րդ փուլում i-րդ բաղադրիչի քիմիական պոտենցիալը: Այն եզակիորեն որոշվում է փուլում յուրաքանչյուր բաղադրիչի ճնշման, ջերմաստիճանի և կոնցենտրացիայի միջոցով: Բաղադրիչների կոնցենտրացիաները անկախ չեն (դրանց գումարը 1 է)։ Հետևաբար, դիտարկվող հավասարումների համակարգը պարունակում է անհայտներ (- բաղադրիչների կոնցենտրացիան փուլերում, գումարած ջերմաստիճան և ճնշում):

Համակարգը լուծելի է, ընդհանուր առմամբ, եթե հավասարումների թիվը չի գերազանցում անհայտների թիվը (այս պայմանը չբավարարող համակարգը կարող է նաև լուծելի լինել, բայց սա բացառիկ դեպք է, որը կարելի է անտեսել ֆիզիկայում): Ահա թե ինչու

այսինքն՝ հավասարակշռության համակարգի փուլերի թիվը կարող է գերազանցել բաղադրիչների թիվը երկուսից ոչ ավելի։

Վերջին անհավասարությունը կոչվում է Գիբսի փուլային կանոն. Հատուկ դեպքում մեկ բաղադրիչի (քիմիապես համասեռ համակարգի) համար այն վերածվում է վիճակի

Մատենագիտություն

1. Արցիմովիչ Լ.Ա. Տարրական պլազմայի ֆիզիկա, Մ.: INFRA-M, 2001.-597p.

2. Զելդովիչ Բ.Ի., Միշկիս Ա.Դ. Մաթեմատիկական ֆիզիկայի տարրեր. - Մ.: Լուսավորություն, 2001. - 352 p.

3. Kibets I.N., Kibets V.I. Ֆիզիկա. տեղեկատու. - Խարկով: Ֆոլիո; Ռոստով n / a: Phoenix, 2003.-587p.

4. Ռուզավին Գ.Ի. Ժամանակակից բնագիտության հասկացությունները. Մ.՝ INFRA-M, 2003.-722s.

5. I. V. Savelyev, Ընդհանուր ֆիզիկայի դասընթաց: T. 1. Մեխանիկա. Մոլեկուլային ֆիզիկա՝ պրոկ. նպաստ բարձրագույն ուսումնական հաստատությունների ուսանողների համար. - M.: Nauka, 2002. - 432 p.

6. Ֆրանկ-Կամենեցկի Դ.Ա. Պլազմա - նյութի չորրորդ վիճակը, Մ, Լուսավորություն, 2001.- 679s.

7. Ինտերնետ https://ru.wikipedia.org

Հյուրընկալվել է Allbest.ru-ում

Նմանատիպ փաստաթղթեր

Համակարգի ջերմային էներգիայից ազատելու միջոցով կարգուկանոնի ձեռքբերում: Նյութի ագրեգատային վիճակները՝ պինդ, հեղուկ և գազային։ Ատոմների կազմակերպումը բյուրեղներում, գերհաղորդականության և մագնիսականության հատկությունները: Ֆեռոմագնիսները փուլային անցումների պայմաններում.

վերացական, ավելացվել է 26.09.2009թ


Գազերի շեղումը իդեալականությունից. Վան դեր Վալսի բանաձևը. Դասական պլազմայի թերմոդինամիկական քանակությունները. Քննադատական ​​երևույթներ փուլային անցումների ժամանակ. Փուլային անցումներ և մետաստաբիլ վիճակներ: Ֆազային անցումների կինետիկա և քվազիկրիստալների աճի խնդիրը.

վերացական, ավելացվել է 07.02.2016թ


Ջերմային ընդարձակման գործակից, բանաձևեր. Առաջին և երկրորդ տեսակի փուլային անցումներ թերմոդինամիկայի մեջ: Հալում և բյուրեղացում, գոլորշիացում և խտացում, սուբլիմացիա և սուբլիմացիա: Ջրի ծավալի փոփոխության գրաֆիկը՝ կախված ջերմաստիճանից և ժամանակից:

լաբորատոր աշխատանք, ավելացվել է 22.09.2013թ


շնորհանդես, ավելացվել է 22.10.2013թ


Մարմնի համախառն վիճակը, նրա տեսակներն ու բնութագրերը. Մի վիճակից մյուսին անցնելու գործընթացները. Հալումը նյութի անցումն է բյուրեղային (պինդ) վիճակից հեղուկ վիճակի։ Ջրի միաձուլման հատուկ ջերմություն, հալման և եռման կետ:

վերացական, ավելացվել է 01/08/2011 թ


Ֆազային անցման և պինդ լուծելիության հայեցակարգը: Ֆազային դիագրամների տեսակները. Համակարգերը, դրանց նշանակությունը միկրոէլեկտրոնիկայի մեջ. Ֆազային դիագրամներ, որոնցում սիլիցիումը հայտնվում է որպես բաղադրիչներից մեկը: Երկփուլ դիագրամ և ամրացման գործընթացը:

վերացական, ավելացվել է 23.06.2010թ


Նյութի և նրա վիճակի հասկացությունը (պինդ, հեղուկ, գազային, պլազմա), ջերմաստիճանի փոփոխությունների ազդեցությունը։ Գազի ֆիզիկական վիճակը, որը բնութագրվում է հետևյալ մեծություններով՝ ջերմաստիճան, ճնշում, ծավալ: Գազի օրենքների ձևակերպում՝ Բոյլ-Մարիոտ, Գեյ-Լյուսակ:

շնորհանդես, ավելացվել է 04/09/2014 թ


Թերմոդինամիկայի հայեցակարգը և առարկան: Խառնուրդի ծավալային կազմի և միջին մոլային զանգվածի որոշում, ինչպես նաև բաղադրիչների մասնակի ծավալների հաշվարկ։ Ֆազային հավասարակշռության և փուլային անցումների բնութագրում: Քիմիական թերմոդինամիկայի ներդրման հիմունքներ.

թեստ, ավելացվել է 03/29/2015


Բյուրեղացման հայեցակարգը և հիմնական փուլերը՝ որպես նյութի հեղուկ վիճակից պինդ բյուրեղային վիճակի փուլային անցման գործընթաց՝ բյուրեղների ձևավորմամբ։ Բնության մեջ այս գործընթացի ֆիզիկական հիմնավորումը. Բյուրեղների տեսակները և դրանց աճի սկզբունքները.

շնորհանդես, ավելացվել է 18.04.2015թ


Ֆազերը կոչվում են ֆիզիկաքիմիական համակարգերի միատարր տարբեր մասեր։ Առաջին և երկրորդ տեսակի փուլային անցումներ: Իդեալական և իրական գազեր. Կրիտիկական երևույթների մոլեկուլային-կինետիկ տեսություն. Տարրերի գերհոսունության և գերհաղորդականության բնութագրումը.

Նորմալ պայմաններում ցանկացած նյութ գտնվում է երեք վիճակներից մեկում՝ պինդ, հեղուկ կամ գազային ( սմ.Նյութի ագրեգատային վիճակներ): Այս պայմաններից յուրաքանչյուրը համապատասխանում է մոլեկուլների և/կամ ատոմների միջև կապերի իր կառուցվածքին, որը բնութագրվում է նրանց միջև որոշակի կապող էներգիայով։ Այս կառուցվածքը փոխելու համար պահանջվում է կամ դրսից ջերմային էներգիայի ներհոսք (օրինակ՝ պինդ նյութի հալման ժամանակ), կամ էլ էներգիայի արտահոսք դրսից (օրինակ՝ բյուրեղացման ժամանակ)։

Սկսելու համար վերցնելով պինդ, մենք ենթադրաբար հասկանում ենք, որ դրա մոլեկուլները / ատոմները կապված են ինչ-որ կոշտ բյուրեղային կամ ամորֆ կառուցվածքի մեջ. թեթև տաքացմամբ նրանք սկսում են միայն «թափահարվել» իրենց ֆիքսված դիրքի շուրջ (որքան բարձր է ջերմաստիճանը , այնքան մեծ է տատանումների ամպլիտուդը): Նյութի հետագա տաքացումով մոլեկուլներն ավելի ու ավելի են թուլանում, մինչև, վերջապես, պոկվում են իրենց «ծանոթ» տեղից և անցնում «ազատ լողացողի»։ Ահա թե ինչ է դա հալվելըկամ հալվելըպինդից հեղուկ. Նյութի հալման համար անհրաժեշտ էներգիայի մատակարարումը կոչվում է հալման ջերմություն.

Պինդ մարմնի ջերմաստիճանի փոփոխության գրաֆիկը, երբ այն անցնում է հալման կետը, ինքնին շատ հետաքրքիր է: Մինչև հալման կետը, երբ ատոմները/մոլեկուլները տաքանում են, նրանք ավելի ու ավելի են պտտվում իրենց ֆիքսված դիրքի շուրջ, և ջերմային էներգիայի յուրաքանչյուր լրացուցիչ մասի գալը հանգեցնում է պինդ նյութի ջերմաստիճանի բարձրացմանը: Այնուամենայնիվ, երբ պինդ նյութը հասնում է իր հալման կետին, այն որոշ ժամանակ մնում է այս ջերմաստիճանում, չնայած ջերմության շարունակվող ներհոսքին, մինչև որ դրա մեջ բավականաչափ ջերմային էներգիա կուտակվի՝ խզելու համար կոշտ միջմոլեկուլային կապերը: Այսինքն՝ ընթացքի մեջ փուլային անցումնյութերը պինդ վիճակից մինչև հեղուկ վիճակ, էներգիան կլանվում է նրա կողմից՝ առանց ջերմաստիճանը բարձրացնելու, քանի որ այն ամբողջ ծախսվում է միջմոլեկուլային կապերի խզման վրա։ Ահա թե ինչու կոկտեյլի սառցաբեկորը, նույնիսկ ցերեկային շոգին, ջերմաստիճանում մնում է սառցե, մինչև այն ամբողջությամբ հալվի: Միևնույն ժամանակ, հալվելիս սառույցի խորանարդը ջերմություն է վերցնում շրջապատող կոկտեյլից (և դրանով իսկ սառեցնում է այն հաճելի ջերմաստիճանի), և ինքն է ստանում այն ​​էներգիան, որն անհրաժեշտ է միջմոլեկուլային կապերը կոտրելու և վերջապես ինքնաոչնչանալու համար:

Պինդ կամ հեղուկի միավորի ծավալը հալեցնելու կամ գոլորշիացնելու համար պահանջվող ջերմության քանակը, համապատասխանաբար, կոչվում է. միաձուլման թաքնված ջերմությունկամ գոլորշիացման թաքնված ջերմություն:Եվ այստեղ արժեքները երբեմն զգալի են: Օրինակ, 1 կգ ջուրը 0°C-ից մինչև 100°C տաքացնելու համար պահանջվում է «ընդամենը» 420,000 ջոուլ (J) ջերմային էներգիա, և այդ կիլոգրամ ջուրը վերածելու 1 կգ գոլորշու՝ նույն ջերմաստիճանով։ 100°C - այնքան, որքան 2,260,000 Ջ էներգիա:

Պինդ զանգվածն ամբողջությամբ հեղուկի վերածվելուց հետո ջերմության հետագա մատակարարումը կրկին կհանգեցնի նյութի ջերմաստիճանի բարձրացմանը: Հեղուկ վիճակում նյութի մոլեկուլները դեռ սերտ շփման մեջ են, բայց նրանց միջև կոշտ միջմոլեկուլային կապերը կոտրված են, և փոխազդեցության ուժերը, որոնք պահում են մոլեկուլները, մի քանի կարգով ավելի թույլ են, քան պինդում, ուստի մոլեկուլները սկսվում են: համեմատաբար ազատ տեղաշարժվել միմյանց նկատմամբ: Ջերմային էներգիայի հետագա մատակարարումը հեղուկը բերում է փուլ եռացող, և ակտիվ գոլորշիացումկամ գոլորշիացում.

Եվ կրկին, ինչպես նկարագրվեց հալման կամ հալման դեպքում, որոշ ժամանակ ամբողջ լրացուցիչ մուտքային էներգիան ծախսվում է մոլեկուլների միջև հեղուկ կապերը խզելու և դրանք գազային վիճակի (հաստատուն եռման կետում) ազատելու վրա։ Այդ թույլ թվացող կապերը խզելու վրա ծախսվող էներգիան այսպես կոչված է. գոլորշիացման թաքնված ջերմությունպահանջվում է նաև զգալի գումար (տե՛ս վերևի օրինակը):

Նույն բոլոր գործընթացները նյութի էներգիայի արտահոսքի (սառեցման) ընթացքում տեղի են ունենում հակառակ հերթականությամբ։ Նախ, գազը սառչում է ջերմաստիճանի նվազմամբ, և դա տեղի է ունենում այնքան ժամանակ, մինչև այն հասնի խտացման կետերայն ջերմաստիճանն է, որից այն սկսվում է հեղուկացում -եւ դա ճիշտ հավասար է համապատասխան հեղուկի գոլորշիացման (եռման) ջերմաստիճանին։ Կոնդենսացիայի ժամանակ, քանի որ մոլեկուլների միջև փոխադարձ ձգողականության ուժերը սկսում են գերակայել ջերմային շարժման էներգիայից, գազը սկսում է վերածվել հեղուկի՝ «խտացնել»։ Այս դեպքում, այսպես կոչված, կոնկրետ խտացման ջերմությունայն ճիշտ հավասար է գոլորշիացման գաղտնի հատուկ ջերմությանը, որն արդեն քննարկվել է: Այսինքն, թե որքան էներգիա եք ծախսել հեղուկի որոշակի զանգվածի գոլորշիացման վրա, ճիշտ որքան էներգիա կտա գոլորշին ջերմության տեսքով, երբ այն նորից խտանա հեղուկի մեջ:

Այն, որ խտացման ժամանակ արտանետվող ջերմության քանակը շատ մեծ է, հեշտ ստուգվող փաստ է. բավական է ձեր ափը մոտեցնել եռացող թեյնիկի ակոսին։ Բացի բուն գոլորշու ջերմությունից, ձեր մաշկը կտուժի նաև այն ջերմությունից, որն ազատվում է հեղուկ ջրի մեջ դրա խտացման արդյունքում:

Հեղուկի հետագա սառեցման դեպքում մինչև սառեցման կետեր(որի ջերմաստիճանն է հալման ջերմաստիճանը), ջերմային էներգիան դեպի արտաքին փոխանցելու գործընթացը կրկին կսկսվի առանց բուն նյութի ջերմաստիճանի իջեցման։ Այս գործընթացը կոչվում է բյուրեղացում, և դրա հետ անջատվում է ճիշտ նույն քանակությամբ ջերմային էներգիա, որքան հալման ժամանակ (նյութի անցում պինդ փուլից հեղուկի) վերցվում է շրջակա միջավայրից։

Կա փուլային անցման մեկ այլ տեսակ՝ նյութի պինդ վիճակից անմիջապես գազային վիճակի (շրջանցելով հեղուկը)։ Այս փուլային փոխակերպումը կոչվում է սուբլիմացիա, կամ սուբլիմացիա. Ամենակենցաղային օրինակը. հում սպիտակեղենը կախված էր ցրտին չորանալու համար: Նրանում գտնվող ջուրը սկզբում բյուրեղանում է սառույցի, իսկ հետո՝ արևի ուղիղ ճառագայթների ազդեցության տակ, սառցե մանրադիտակային բյուրեղները պարզապես գոլորշիանում են՝ շրջանցելով հեղուկ փուլը։ Մեկ այլ օրինակ. ռոք համերգների ժամանակ «չոր սառույցը» (սառեցված ածխածնի երկօքսիդ CO 2) օգտագործվում է ծխի էկրան ստեղծելու համար. այն գոլորշիանում է անմիջապես օդում՝ պարուրելով կատարող երաժիշտներին և նաև շրջանցելով հեղուկ փուլը: Համապատասխանաբար, պինդ նյութի ուղղակի վերածումը գազի տեւում է սուբլիմացիայի էներգիա:

Նյութի անցումը մի վիճակից մյուսը շատ սովորական երեւույթ է բնության մեջ: Ջուրը թեյնիկում եռացնելը, ձմռանը գետերի սառեցումը, մետաղի հալումը, գազերի հեղուկացումը, տաքացման ժամանակ ֆերիտների ապամագնիսացումը և այլն։ վերաբերում են հենց այնպիսի երևույթներին, որոնք կոչվում են փուլային անցումներ: Փուլային անցումները հայտնաբերվում են փուլային անցման պահին նյութի բնութագրերի հատկությունների և առանձնահատկությունների կտրուկ փոփոխությամբ. ցատկել ծավալով կամ ցատկել ջերմային հզորությամբ և ջերմային ընդլայնման գործակիցով. էլեկտրական դիմադրության փոփոխություն; մագնիսական, ֆերոէլեկտրական, պիեզոմագնիսական հատկությունների տեսք, ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափության փոփոխություններ և այլն։ Նյութի փուլերից որն է կայուն որոշակի պայմաններում, որոշվում է թերմոդինամիկական պոտենցիալներից մեկով: Թերմոստատում տրված ջերմաստիճանի և ծավալի դեպքում սա Հելմհոլցի ազատ էներգիան է, տվյալ ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում՝ Գիբսի պոտենցիալը:

Հիշեցնեմ, որ Հելմհոլցի պոտենցիալը F (ազատ էներգիա) E նյութի ներքին էներգիայի և նրա S էնտրոպիայի միջև տարբերությունն է՝ բազմապատկված բացարձակ ջերմաստիճանով T.

Ե՛վ էներգիան, և՛ էնտրոպիան (1)-ում արտաքին պայմանների ֆունկցիաներ են (ճնշում p և ջերմաստիճան T), և այն փուլը, որն իրականացվում է որոշակի արտաքին պայմաններում, ունի ամենափոքր Գիբսի պոտենցիալը բոլոր հնարավոր փուլերից: Թերմոդինամիկայի առումով սա սկզբունք է։ Երբ արտաքին պայմանները փոխվում են, կարող է պարզվել, որ մյուս փուլի ազատ էներգիան փոքրացել է։ Արտաքին պայմանների փոփոխությունը միշտ տեղի է ունենում անընդհատ, և, հետևաբար, այն կարելի է բնութագրել համակարգի ծավալի որոշակի կախվածությամբ ջերմաստիճանից: Հաշվի առնելով այս համաձայնությունը T և V արժեքներում, մենք կարող ենք ասել, որ փուլային կայունության փոփոխությունը և նյութի անցումը մի փուլից մյուսը տեղի են ունենում որոշակի ջերմաստիճանում թերմոդինամիկական ճանապարհի երկայնքով, և երկուսի արժեքները: Ֆազերը այս կետի մոտ գտնվող ջերմաստիճանի գործառույթներն են: Եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք, թե ինչպես է տեղի ունենում փոփոխությունը նշան: Փակ կախվածություն մեկի համար և մեկ այլ փուլի համար կարելի է մոտավորել որոշ բազմանդամներով, որոնք կախված են.

Երկու փուլերի ազատ էներգիաների տարբերությունը ձևավորվում է

Քանի դեռ տարբերությունը բավական փոքր է, մենք կարող ենք սահմանափակվել միայն առաջին տերմինով և ասել, որ եթե , ապա I փուլը կայուն է ցածր ջերմաստիճաններում, իսկ II փուլը կայուն է բարձր ջերմաստիճաններում: Անցումային կետում ազատ էներգիայի առաջին ածանցյալը ջերմաստիճանի նկատմամբ, բնականաբար, ենթարկվում է թռիչքի` ժամը և ժամը . Ինչպես գիտենք, իրականում գոյություն ունի իրերի էնտրոպիա։ Հետևաբար, փուլային անցման ժամանակ էնտրոպիան ցատկում է ապրում՝ որոշելով անցման թաքնված ջերմությունը, քանի որ . Նկարագրված անցումները կոչվում են առաջին տեսակի անցումներ, և դրանք լայնորեն հայտնի և ուսումնասիրված են դպրոցում: Մենք բոլորս գիտենք գոլորշիացման կամ հալման թաքնված ջերմության մասին: Ահա թե ինչ է դա:

Նկարագրելով անցումը վերը նշված թերմոդինամիկական նկատառումների շրջանակում, մենք չդիտարկեցինք միայն մեկ, առաջին հայացքից, անհավանական հավանականությունը. կարող է պատահել, որ ոչ միայն ազատ էներգիաները հավասար լինեն, այլև դրանց ածանցյալները ջերմաստիճանի նկատմամբ, այսինքն. (2)–ից հետևում է, որ նման ջերմաստիճանը, գոնե նյութի հավասարակշռության հատկությունների տեսանկյունից, չպետք է առանձնացնել։ Իսկապես, ժամը և առաջին մոտավորությամբ մենք ունենք

և, գոնե այս պահին, փուլային անցում չպետք է տեղի ունենա. Գիբսի պոտենցիալը, որն ավելի փոքր էր ժամը , նույնպես փոքր կլինի .

Բնության մեջ, իհարկե, ամեն ինչ այդքան պարզ չէ։ Երբեմն երկու հավասարության և միաժամանակ պահելու խորը պատճառներ կան: Ավելին, I փուլը դառնում է բացարձակ անկայուն՝ կապված ազատության ներքին աստիճանների կամայական փոքր տատանումների հետ, իսկ II փուլը՝ ժամը . Այս դեպքում տեղի են ունենում այն ​​անցումները, որոնք, ըստ Էրենֆեստի հայտնի դասակարգման, կոչվում են երկրորդ տեսակի անցումներ։ Այս անվանումը պայմանավորված է նրանով, որ երկրորդ կարգի անցումների ժամանակ ջերմաստիճանի ցատկում է Գիբսի պոտենցիալի միայն երկրորդ ածանցյալը։ Ինչպես գիտենք, ջերմաստիճանի նկատմամբ ազատ էներգիայի երկրորդ ածանցյալը որոշում է նյութի ջերմունակությունը

Այսպիսով, երկրորդ տեսակի անցումների ժամանակ պետք է նկատվի նյութի ջերմունակության թռիչք, բայց չպետք է լինի թաքնված ջերմություն: Քանի որ ժամը , II փուլը բացարձակապես անկայուն է փոքր տատանումների նկատմամբ, և նույնը վերաբերում է I փուլին, երկրորդ կարգի անցումների ժամանակ չպետք է նկատվի գերտաքացում կամ գերսառեցում, այսինքն՝ փուլային անցման կետի ջերմաստիճանային հիստերեզ չկա: Կան այլ ուշագրավ հատկանիշներ, որոնք բնութագրում են այս անցումները:

Որո՞նք են երկրորդ կարգի անցման համար թերմոդինամիկորեն անհրաժեշտ պայմանների հիմքում ընկած պատճառները: Փաստն այն է, որ նույն նյութը գոյություն ունի և՛ ժամը, և՛ ժամը: Այն կազմող տարրերի միջև փոխազդեցությունը կտրուկ չի փոխվում, սա այն փաստի ֆիզիկական բնույթն է, որ երկու փուլերի թերմոդինամիկական պոտենցիալները չեն կարող լիովին անկախ լինել: Ինչպես է առաջանում և, և այլնի միջև կապը, կարելի է հետևել փուլային անցումների պարզ մոդելների վրա՝ հաշվարկելով թերմոդինամիկական պոտենցիալները տարբեր արտաքին պայմաններում՝ օգտագործելով վիճակագրական մեխանիկայի մեթոդները: Ազատ էներգիան հաշվարկելու ամենահեշտ ձևը.

ՎԻՔԻՊԵԴԻԱ

Փուլային անցում(փուլային փոխակերպում) թերմոդինամիկայի մեջ - նյութի անցում մեկ թերմոդինամիկական փուլից մյուսը, երբ փոխվում են արտաքին պայմանները: Համակարգի շարժման տեսանկյունից փուլային դիագրամի երկայնքով՝ դրա ինտենսիվ պարամետրերի (ջերմաստիճան, ճնշում և այլն) փոփոխությամբ, փուլային անցում է տեղի ունենում, երբ համակարգը հատում է երկու փուլերը բաժանող գիծը: Քանի որ տարբեր թերմոդինամիկական փուլեր նկարագրվում են վիճակի տարբեր հավասարումներով, միշտ հնարավոր է գտնել մի մեծություն, որը կտրուկ փոխվում է փուլային անցման ժամանակ:

Քանի որ թերմոդինամիկական փուլերի բաժանումը վիճակների ավելի փոքր դասակարգում է, քան նյութի ագրեգատ վիճակների բաժանումը, ամեն փուլային անցում չէ, որ ուղեկցվում է ագրեգատային վիճակի փոփոխությամբ: Այնուամենայնիվ, ագրեգացման վիճակի ցանկացած փոփոխություն փուլային անցում է:

Ամենահաճախ դիտարկվող փուլային անցումները ջերմաստիճանի փոփոխությամբ, բայց մշտական ​​ճնշման (սովորաբար հավասար 1 մթնոլորտի) անցումներով են: Ահա թե ինչու հաճախ օգտագործվում են փուլային անցման, հալման կետ և այլն «կետ» (այլ ոչ թե գիծ) տերմինները: Իհարկե, փուլային անցում կարող է տեղի ունենալ ինչպես ճնշման փոփոխությամբ, այնպես էլ մշտական ​​ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում, բայց նաև. բաղադրիչների կոնցենտրացիայի փոփոխությամբ (օրինակ, աղի բյուրեղների հայտնվելը լուծույթում, որը հասել է հագեցվածության):

ժամը առաջին կարգի փուլային անցումԱմենակարևոր, առաջնային էքստենսիվ պարամետրերը կտրուկ փոխվում են՝ հատուկ ծավալ, կուտակված ներքին էներգիայի քանակ, բաղադրիչների կոնցենտրացիան և այլն։ Ընդգծենք՝ նկատի ունենք այդ քանակների կտրուկ փոփոխությունը ջերմաստիճանի, ճնշման և այլնի փոփոխությամբ, և ոչ։ ժամանակի կտրուկ փոփոխություն (վերջինիս համար տե՛ս ստորև բերված բաժինը Ֆազային անցումների դինամիկան).

Ամենատարածված օրինակները առաջին տեսակի փուլային անցումներ:

հալեցում և բյուրեղացում

գոլորշիացում և խտացում

սուբլիմացիա և սուբլիմացիա

ժամը երկրորդ տեսակի փուլային անցումխտությունը և ներքին էներգիան չեն փոխվում, ուստի նման փուլային անցումը չի կարող տեսանելի լինել անզեն աչքով: Ցատկը զգացվում է դրանց ածանցյալներով՝ կապված ջերմաստիճանի և ճնշման հետ՝ ջերմային հզորություն, ջերմային ընդարձակման գործակից, տարբեր զգայունություններ և այլն։

Երկրորդ տեսակի փուլային անցումները տեղի են ունենում այն ​​դեպքերում, երբ փոխվում է նյութի կառուցվածքի համաչափությունը (համաչափությունը կարող է ամբողջությամբ անհետանալ կամ նվազել): Համաչափության փոփոխության հետևանքով երկրորդ կարգի փուլային անցման նկարագրությունը տրված է Լանդաուի տեսությամբ։ Ներկայումս ընդունված է խոսել ոչ թե համաչափության փոփոխության, այլ անցումային կետում արտաքին տեսքի մասին. պատվերի պարամետր, հավասար է զրոյի ավելի քիչ պատվիրված փուլում և փոխվում է զրոյից (անցումային կետում) ոչ զրոյական արժեքների ավելի դասավորված փուլում:

Երկրորդ կարգի փուլային անցումների ամենատարածված օրինակներն են.

համակարգի անցումը կրիտիկական կետով

անցումային պարամագնիս-ֆերոմագնիս կամ պարամագնիս-հակաֆերոմագնիս (կարգի պարամետր՝ մագնիսացում)

մետաղների և համաձուլվածքների անցումը գերհաղորդականության վիճակին (կարգի պարամետրը գերհաղորդիչ կոնդենսատի խտությունն է)

հեղուկ հելիումի անցում գերհեղուկ վիճակի (pp - գերհեղուկ բաղադրիչի խտություն)

ամորֆ նյութերի անցումը ապակե վիճակի

Ժամանակակից ֆիզիկան նաև ուսումնասիրում է համակարգեր, որոնք ունեն երրորդ կամ ավելի բարձր կարգի փուլային անցումներ:

Վերջերս լայն տարածում է գտել քվանտային փուլային անցման հայեցակարգը, այսինքն. փուլային անցում, որը վերահսկվում է ոչ թե դասական ջերմային տատանումներով, այլ քվանտային տատանումներով, որոնք գոյություն ունեն նույնիսկ բացարձակ զրոյական ջերմաստիճանում, որտեղ դասական փուլային անցում չի կարող իրականացվել Ներնստի թեորեմի պատճառով։