Μεταπτώσεις φάσεων της ύλης. Πραγματικά συστήματα και μεταβάσεις φάσης Πίεση πίνακα κατά τη διάρκεια μεταβάσεων φάσης διαφόρων ουσιών

2. Μεταπτώσεις φάσεων πρώτης και δεύτερης τάξης…………………………..4

3. Ιδανικό αέριο………………………………………………………….7

4. Πραγματικό αέριο………………………………………………………………8

5. Μοριακή – κινητική θεωρία κρίσιμων φαινομένων.......9

6. Υπερρευστότητα……………………………………………………..11

7. Υπεραγωγιμότητα………………………………………………..13

7.1 Ανακάλυψη υπεραγωγιμότητας……………………………13

7.2 Αλληλεπίδραση ηλεκτρονίου – φωνονίου………………..14

7.3 Υπεραγωγοί πρώτου και δεύτερου είδους…………16

7.4 Συνταγή για την κατασκευή υπεραγωγού…………….17

7.5 Προφυλάξεις ασφαλείας…………………………….18

7.6 Φαινόμενο Meissner…………………………………………………………………

8. Συμπέρασμα……………………………………………………….22

9. Παραπομπές………………………………………………………….25

1. Εισαγωγή.

Οι φάσεις ονομάζονται ομοιογενή διαφορετικά μέρη των φυσικών και χημικών συστημάτων. Μια ουσία είναι ομοιογενής όταν όλες οι παράμετροι της κατάστασης της ουσίας είναι ίδιες σε όλους τους όγκους της, οι διαστάσεις της οποίας είναι μεγάλες σε σύγκριση με τις διατομικές καταστάσεις. Τα μείγματα διαφορετικών αερίων σχηματίζουν πάντα μια φάση εάν βρίσκονται σε ίσες συγκεντρώσεις σε όλο τον όγκο.

Η ίδια ουσία, ανάλογα με τις εξωτερικές συνθήκες, μπορεί να βρίσκεται σε μία από τις τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης - υγρή, στερεή ή αέρια. Ανάλογα με τις εξωτερικές συνθήκες, μπορεί να είναι σε μία φάση ή σε πολλές φάσεις ταυτόχρονα. Στη φύση γύρω μας, παρατηρούμε ιδιαίτερα συχνά μεταπτώσεις φάσης του νερού. Για παράδειγμα: εξάτμιση, συμπύκνωση. Υπάρχουν συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας υπό τις οποίες μια ουσία βρίσκεται σε ισορροπία σε διάφορες φάσεις. Για παράδειγμα, όταν ένα αέριο υγροποιείται σε κατάσταση ισορροπίας φάσης, ο όγκος μπορεί να είναι οποιοσδήποτε και η θερμοκρασία μετάβασης σχετίζεται με την πίεση κορεσμένων ατμών. Οι θερμοκρασίες στις οποίες πραγματοποιούνται οι μεταβάσεις από τη μια φάση στην άλλη ονομάζονται θερμοκρασίες μετάβασης. Εξαρτώνται από την πίεση, αν και σε διάφορους βαθμούς: το σημείο τήξης είναι ασθενέστερο, η θερμοκρασία εξάτμισης και εξάχνωσης είναι ισχυρότερη. Σε κανονική και σταθερή πίεση, η μετάβαση γίνεται σε μια ορισμένη θερμοκρασία και εδώ λαμβάνουν χώρα τα σημεία τήξης, βρασμού και εξάχνωσης (ή εξάχνωσης). Η εξάχνωση είναι η μετάβαση μιας ουσίας από στερεά σε αέρια κατάσταση και μπορεί να παρατηρηθεί, για παράδειγμα, στα κελύφη των ουρών του κομήτη. Όταν ένας κομήτης βρίσκεται μακριά από τον ήλιο, σχεδόν όλη η μάζα του συγκεντρώνεται στον πυρήνα του, ο οποίος έχει μήκος 10-12 χιλιόμετρα. Ο πυρήνας που περιβάλλεται από ένα μικρό κέλυφος αερίου είναι το λεγόμενο κεφάλι κομήτη. Όταν πλησιάζει ο Ήλιος, ο πυρήνας και τα κελύφη του κομήτη αρχίζουν να θερμαίνονται, η πιθανότητα εξάχνωσης αυξάνεται και η αποεξάχνωση μειώνεται. Τα αέρια που διαφεύγουν από τον πυρήνα του κομήτη μεταφέρουν στερεά σωματίδια, το κεφάλι του κομήτη αυξάνεται σε όγκο και γίνεται αέριο-σκόνη στη σύνθεση.

2. Μεταβάσεις φάσεων πρώτης και δεύτερης τάξης.

Οι μεταβάσεις φάσεων διατίθενται σε διάφορους τύπους. Οι αλλαγές στις αθροιστικές καταστάσεις μιας ουσίας ονομάζονται μεταβάσεις φάσης πρώτης τάξης εάν:

1) Η θερμοκρασία είναι σταθερή καθ' όλη τη διάρκεια της μετάβασης.

2) Ο όγκος του συστήματος αλλάζει.

3) Η εντροπία του συστήματος αλλάζει.

Για να συμβεί μια τέτοια μετάβαση φάσης, είναι απαραίτητο να μεταδοθεί μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας σε μια δεδομένη μάζα ουσίας, που αντιστοιχεί στη λανθάνουσα θερμότητα του μετασχηματισμού. Πράγματι, κατά τη μετάβαση της συμπυκνωμένης φάσης σε φάση με χαμηλότερη πυκνότητα, είναι απαραίτητο να μεταδοθεί μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας με τη μορφή θερμότητας, η οποία θα χρησιμοποιηθεί για την καταστροφή του κρυσταλλικού πλέγματος (κατά την τήξη) ή για την αφαίρεση υγρά μόρια μεταξύ τους (κατά την εξάτμιση). Κατά τη διάρκεια του μετασχηματισμού, η λανθάνουσα θερμότητα θα μετασχηματίσει τις συγκολλητικές δυνάμεις, η ένταση της θερμικής κίνησης δεν θα αλλάξει και ως αποτέλεσμα η θερμοκρασία θα παραμείνει σταθερή. Με μια τέτοια μετάβαση, ο βαθμός της διαταραχής, άρα και η εντροπία, αυξάνεται. Εάν η διαδικασία πάει προς την αντίθετη κατεύθυνση, τότε απελευθερώνεται λανθάνουσα θερμότητα. Οι μεταβάσεις φάσης πρώτης τάξης περιλαμβάνουν: τη μετατροπή ενός στερεού σε υγρό (τήξη) και την αντίστροφη διαδικασία (κρυστάλλωση), το υγρό σε ατμό (εξάτμιση, βρασμός). Μία τροποποίηση κρυστάλλου σε άλλη (πολυμορφικοί μετασχηματισμοί). Οι μεταβάσεις φάσης του δεύτερου είδους περιλαμβάνουν: τη μετάβαση ενός κανονικού αγωγού σε μια υπεραγώγιμη κατάσταση, το ήλιο-1 στο υπερρευστό ήλιο-2, έναν σιδηρομαγνήτη σε μια παραμαγνητική κατάσταση. Μέταλλα όπως ο σίδηρος, το κοβάλτιο, το νικέλιο και το γαδολίνιο ξεχωρίζουν για την ικανότητά τους να μαγνητίζονται έντονα και να παραμένουν μαγνητισμένα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ονομάζονται σιδηρομαγνήτες. Τα περισσότερα μέταλλα (μετάλλα αλκαλίων και αλκαλικών γαιών και σημαντικό μέρος των μετάλλων μετάπτωσης) μαγνητίζονται ασθενώς και δεν διατηρούν αυτή την κατάσταση έξω από ένα μαγνητικό πεδίο - είναι παραμαγνητικά. Οι μεταβάσεις φάσεων του δεύτερου, του τρίτου και ούτω καθεξής ειδών συνδέονται με την τάξη εκείνων των παραγώγων του θερμοδυναμικού δυναμικού ∂ph που υφίστανται πεπερασμένες μετρήσεις στο σημείο μετάβασης Αυτή η ταξινόμηση των μετασχηματισμών φάσης συνδέεται με το έργο του θεωρητικού φυσικού Paul Ernest (1880 -1933). Έτσι, στην περίπτωση μετάβασης φάσης δεύτερης τάξης, οι παράγωγοι δεύτερης τάξης παρουσιάζουν άλματα στο σημείο μετάβασης: θερμοχωρητικότητα σε σταθερή πίεση Cp=-T(∂ph 2 /∂T 2), συμπιεστότητα β=-(1 /V 0)(∂ 2 f/ ∂p 2), συντελεστής θερμικής διαστολής α=(1/V 0)(∂ 2 f/∂Tp), ενώ οι πρώτες παράγωγοι παραμένουν συνεχείς. Αυτό σημαίνει καμία απελευθέρωση (απορρόφηση) θερμότητας και καμία αλλαγή σε συγκεκριμένο όγκο (φ - θερμοδυναμικό δυναμικό).

Η κατάσταση της ισορροπίας φάσης χαρακτηρίζεται από μια ορισμένη σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας μετασχηματισμού φάσης και της πίεσης. Αριθμητικά, αυτή η εξάρτηση για τις μεταβάσεις φάσης δίνεται από την εξίσωση Clapeyron-Clausius: Dp/DT=q/TDV. Η έρευνα σε χαμηλές θερμοκρασίες είναι ένας πολύ σημαντικός κλάδος της φυσικής. Το γεγονός είναι ότι με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να απαλλαγείτε από την παρεμβολή που σχετίζεται με τη χαοτική θερμική κίνηση και να μελετήσετε τα φαινόμενα σε "καθαρή" μορφή. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν μελετάμε τους κβαντικούς νόμους. Συνήθως, λόγω χαοτικής θερμικής κίνησης, μια φυσική ποσότητα υπολογίζεται κατά μέσο όρο σε μεγάλο αριθμό από τις διαφορετικές τιμές της και τα κβαντικά άλματα «αλείφονται».

Χαμηλές θερμοκρασίες (κρυογονικές θερμοκρασίες), στη φυσική και στην κρυογονική τεχνολογία το εύρος θερμοκρασίας είναι κάτω από 120°K (0°c=273°K). Το έργο του Carnot (εργάστηκε σε μια θερμική μηχανή) και του Clausius έθεσαν τα θεμέλια για μελέτες των ιδιοτήτων των αερίων και των ατμών ή της τεχνικής θερμοδυναμικής. Το 1850, ο Clausius παρατήρησε ότι οι κορεσμένοι υδρατμοί συμπυκνώνονται εν μέρει όταν διαστέλλονται και όταν συμπιέζονται πηγαίνουν σε υπερθερμασμένη κατάσταση. Ο Renu συνέβαλε ιδιαίτερα στην ανάπτυξη αυτού του επιστημονικού κλάδου. Ο εγγενής όγκος των μορίων αερίου σε θερμοκρασία δωματίου είναι περίπου το ένα χιλιοστό του όγκου που καταλαμβάνει το αέριο. Επιπλέον, τα μόρια έλκονται μεταξύ τους σε αποστάσεις μεγαλύτερες από αυτές από τις οποίες ξεκινά η απώθησή τους.

Ίση με τις ειδικές τιμές της εντροπίας, που λαμβάνονται με το αντίθετο πρόσημο, και του όγκου: (4.30) Εάν σε σημεία που ικανοποιούν την ισορροπία φάσης: , τα πρώτα παράγωγα του χημικού δυναμικού για διαφορετικές φάσεις παρουσιάζουν ασυνέχεια: , (4.31) λένε ότι το θερμοδυναμικό σύστημα βιώνει μια μετάβαση φάσης του πρώτου είδους. Οι μεταβάσεις φάσης πρώτης τάξης χαρακτηρίζονται από την παρουσία λανθάνουσας θερμότητας της μετάβασης φάσης, ...

Κατά των υπερβολικών ανυψώσεων, μηδενική και μέγιστη προστασία. - προβλέπουν την ακινητοποίηση των σκαφών σε ενδιάμεσα σημεία του κορμού. φωτεινή σηματοδότηση σχετικά με τους τρόπους λειτουργίας της ανυψωτικής μονάδας στο κτίριο της ανυψωτικής μηχανής, στον χειριστή της συσκευής φόρτωσης, στον αποστολέα. Οι σύγχρονοι ρυθμιζόμενοι ηλεκτροκινητήρες DC για αυτοματοποιημένες εγκαταστάσεις ανύψωσης βασίζονται σε κινητήρες συνεχούς ρεύματος...

44,5 cm, c = 12 cm, a = 20 cm, l = 8 εκ. Η δράση δύναμης του μαγνητικού συστήματος υπολογίστηκε με τιμή ίση με το γινόμενο του συντελεστή πεδίου H και της βαθμίδας του. Διαπιστώθηκε ότι η κατανομή του συντελεστή πεδίου H του μαγνητικού συστήματος που εξετάζουμε χαρακτηρίζεται από έντονη γωνιακή εξάρτηση. Επομένως, ο υπολογισμός του συντελεστή πεδίου H πραγματοποιήθηκε σε βήματα της 1° για σημεία που βρίσκονται σε δύο διαφορετικά τόξα για ολόκληρο το...

Το σύστημα συνίσταται στην απόκτηση του «πορτραίτου φάσης» του (Wolkenstein, 1978). Επιτρέπει τον εντοπισμό των στατικών καταστάσεων του συστήματος και της φύσης της δυναμικής του κατά την απόκλιση από αυτές. Η μέθοδος των πορτραίτων φάσης χρησιμοποιείται στην τεχνολογία για την ανάλυση και την πρόβλεψη της συμπεριφοράς φυσικών συστημάτων ποικίλης πολυπλοκότητας και στη μαθηματική οικολογία για την ανάλυση της δυναμικής του πληθυσμού (Volkenshtein, 1978, Svirezhev...

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_0.jpg" alt=">ΜΕΤΑΒΑΣΕΙΣ ΦΑΣΗΣ">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_1.jpg" alt=">Κύριοι τύποι μεταβάσεων φάσης (φυσική ταξινόμηση)">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_2.jpg" alt=">Μεταπτώσεις φάσεων με αλλαγή στην κατάσταση βρασμού συσσωμάτωσης (συμπύκνωση ) τήξη (κρυστάλλωση ) εξάχνωση"> Фазовые переходы с изменением агрегатного состояния кипение (конденсация) плавление (кристаллизация) сублимация (конденсация) Все эти процессы сопровождаются резким изменением порядка атомной, молекулярной или ионной структуры вещества (в зависимости от его природы). Обычно с изменением температуры эти фазовые переходы идут по такой схеме: дальний порядок (кристаллическая твердая фаза) ближний порядок (жидкость) беспорядок (газ) Увеличение температуры Уменьшение температуры дальний порядок (кристаллическая твердая фаза) беспорядок (газ) Иногда по другой:!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_3.jpg" alt=">2. Αλλοτροπικές (πολυμορφικές) μεταβάσεις φάσης Οι πολυμορφικές μεταβάσεις φάσης συμβαίνουν μόνο σε στερεό αδρανή"> 2. Аллотропические (полиморфные) фазовые переходы Полиморфные фазовые переходы происходят только в твердом агрегатном состоянии между различными кристаллическими модификациями одного и того же вещества. Почти у каждого химического элемента или соединения имеется несколько модификаций; каждая из них обладает собственной структурой и определенными физико-химическими свойствами. Полиморфный ФП связан с изменением порядка атомной, молекулярной или ионной структуры вещества (в зависимости от его природы) и, как следствие, с изменением физико-химических свойств. ФП данного типа очень часто встречаются в реальных системах. Кристалл моноклинной серы Кристалл ромбической серы 95,5оС!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_4.jpg" alt=">3. Σιδηροηλεκτρικές μεταβάσεις φάσης Είναι γνωστές ουσίες για τις οποίες, υπό ορισμένες προϋποθέσεις συνθήκες ίσως κάποιες"> 3. Сегнетоэлектрические фазовые переходы Известны вещества, для которых при определенных условиях возможно некоторое упорядочение элементарных дипольных моментов даже при отсутствии внешнего электрического поля. Температуру, при которой это происходит, называют температурой сегнетоэлектрического ФП, или точкой Кюри. Сегнетоэлектрическая фаза – фаза с упорядоченными дипольными моментами, антисегнетоэлектрическая – с разупорядоченными. ВаTiO3 Вещества, в которых могут происходить сегнетоэлектрические ФП, называют сегнетоэлектриками.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_5.jpg" alt=">4. Μεταπτώσεις μαγνητικής φάσης Είναι γνωστή μια ομάδα ουσιών που έχουν υψηλή αυθόρμητη μαγνήτιση Χωρίς"> 4. Магнитные фазовые переходы Известна группа веществ, обладающих большой спонтанной намагниченностью при отсутствии внешнего магнитного поля – это ферромагнетики. Для них возможно существование ферромагнитной и парамагнитной фаз. Ферромагнитная фаза соответствует упорядоченному состоянию элементарных магнитных моментов, парамагнитная – разупорядочению таких моментов. Элементарные магнитные моменты связаны со спиновыми магнитными моментами электронов; следовательно, упорядочение связано с электронной подсистемой вещества. Переход между этими фазами называют ферромагнитным ФП, а температуру, при которой он происходит – ферромагнитной температурой (точкой) Кюри.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_6.jpg" alt=">5. Μεταπτώσεις σιδηρο-σιδηρομαγνητικής φάσης Υπάρχουν γνωστές ουσίες που, σε ορισμένες θερμοκρασίες τηρείται σειρά"> 5. Сегнетоферромагнитные фазовые переходы Известны вещества, у которых при определенных температурах наблюдается упорядочение как электрических, так и магнитных моментов. Такие вещества называют сегнетоферромагнетиками. Сегнетоферромагнитная фаза состоит из двух подсистем – электрической и магнитной, каждая из которых претерпевает переход при разных температурах, поэтому сегнетоферромагнитный ФП следует характеризовать двумя температурами (точками) Кюри – сегнетоэлектрической и ферромагнитной. Поэтому весь такой ФП протекает в интервале температур, определяемом разностью сегнетоэлектрической и ферромагнитной температур Кюри. Электрическую и магнитную подсистемы нельзя считать вполне независимыми, т.к. между ними существует корреляция, хотя и слабая. Поэтому на электрические свойства сегнетоферромагнетиков можно повлиять, использую те факторы, которые действуют на магнитную подсистему, например, магнитное поле, и наоборот.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_7.jpg" alt=">6. Μεταβάσεις στην υπεραγώγιμη κατάσταση Η ουσία του φαινομένου του υπεραγωγιμότητα είναι αυτό που είναι ηλεκτρικό"> 6. Переходы в сверхпроводящее состояние Сущность явления сверхпроводимости состоит в том, что электрическое сопротивление некоторых веществ в районе низких температур становится практически равным нулю. При повышении температуры это свойство исчезает, и вещество переходит в нормальную фазу. Температуру, при которой это происходит, называют критической. Температурные зависимости сопротивления нормального (N) и сверхпроводящего (S) металлов!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_8.jpg" alt=">Χρονολογία αυξανόμενης θερμοκρασίας μετάβασης στην υπεραγώγιμη κατάσταση Δομή του υπεραγωγός υψηλής θερμοκρασίας HgBa2CuO4+δ">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_9.jpg" alt=">Σε θερμοκρασία 2,19 K, το υγρό ήλιο διαχωρίζεται σε δύο φάσεις - HeI και HeII."> При температуре 2,19 К жидкий гелий разделяется на две фазы – HeI и HeII. Сверхтекучесть, то есть способность жидкости течь без трения по очень тонким капиллярам, наблюдается для HeII. 7. Переходы в сверхтекучее состояние Аномальное течение HeII!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_10.jpg" alt=">Όπως φαίνεται από τα παραδείγματα που εξετάστηκαν, πολύ διαφορετικά πράγματα μπορούν να συμβαίνουν σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα FP."> Как видно из рассмотренных примеров, в термодинамической системе могут происходить очень разнообразные ФП. Очевидно, что для понимания сущности ФП необходимо сначала провести их классификацию, причем, эта классификация должна быть как можно более общей, не уводящей исследователя к рассмотрению множества частных случаев. Для рассмотрения общих закономерностей ФП необходимо ввести величины и функции, позволяющие описывать как отдельные фазы, так и сам ФП в целом. Проще всего это сделать при термодинамическом рассмотрении процесса.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_11.jpg" alt=">Θερμοδυναμική ταξινόμηση των μεταβάσεων φάσης σύμφωνα με το Ehrenfest">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_12.jpg" alt=">Πρώτες παράγωγοι της ενέργειας Gibbs Δεύτερες παράγωγοι της ενέργειας Gibbs και φυσικές ποσότητες, με σχετικές με αυτές">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_13.jpg" alt=">Αλλαγές στις θερμοδυναμικές ιδιότητες κατά τη μετάβαση φάσης πρώτης και δεύτερης τάξης">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_14.jpg" alt=">Θερμοδυναμική θεωρία μεταβάσεων φάσης πρώτης τάξης Ας εξετάσουμε ένα μόνο -συστατικό (δηλαδή που αποτελείται από μια μεμονωμένη ουσία) ετερογενές"> Термодинамическая теория фазовых переходов I рода Рассмотрим однокомпонентную (т.е. состоящую из индивидуального вещества) гетерогенную систему, состоящую из r фаз. В однокомпонентных системах отдельные фазы представляют собой одно и то же вещество в различных фазовых состояниях. Пусть система является является закрытой (суммарное число молей ∑nr=const), а основными параметрами ее состояния служат p и T. Основной термодинамической функцией, характеризующей состояние такой системы, является энергия Гиббса G.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_15.jpg" alt=">Για καθεμία από τις r φάσεις αυτού του συστήματος μπορούμε να σημειώσουμε τις αντίστοιχες τιμές των θερμοδυναμικών παραμέτρων"> Для каждой из r фаз этой системы мы можем записать соответствующие значения термодинамических параметров и приписать ей химический потенциал: Фаза 1 – p1, T1, V1, S1, …, μ1; Фаза 2 – p2, T2, V2, S2, …, μ2; ………………………………… Фаза r – pr, Tr, Vr, Sr, …, μr. Состоянию равновесия отвечает равенство интенсивных параметров p, T и μ во всех фазах системы: T1=T2=...=Tr (условие термического равновесия); p1=p2=...=pr (условие механического равновесия) ; μ1= μ2=...= μr (условие химического равновесия). (здесь r=1,2,... равно числу фаз в системе).!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_16.jpg" alt=">Ας υποθέσουμε για απλότητα ότι στο ετερογενές σύστημα ενός συστατικού συνυπάρχουν μόνο 2 φάσεις."> Примем для упрощения, что в нашей однокомпонентной гетерогенной системе сосуществуют только 2 фазы. Условия равновесия для двухфазной системы: T1=T2; p1=p2; μ1= μ2. μ1(p,T)=μ2(p,T). Из определения химического потенциала, поэтому Давление и температура фазового перехода не являются независимыми переменными и должны быть связаны уравнением.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_17.jpg" alt=">Θα λάβουμε μια ρητή έκφραση για αυτήν την εξάρτηση. Ας πάρουμε λαμβάνοντας υπόψη ότι σε συστήματα ενός συστατικού,"> Получим явное выражение для этой зависимости. Примем во внимание, что в однокомпонентных системах, состоящих из чистого вещества i, химический потенциал равен энергии Гибсса одного моля этого вещества: μi=Gi. При T, p = const условие равновесия: G1=G2. В общем случае выражения для G=G(p,T) в интегральной форме не могут быть найдены. Поскольку G – это функция состояния системы, то ее дифференциал – это полный дифференциал. Мы можем получить уравнение в дифференциальной форме.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_18.jpg" alt=">Με βάση την έκφραση G=U+pV-TS, μετά διαφοροποίηση παίρνουμε: dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT Ας λάβουμε υπόψη την έκφραση"> Исходя из выражения G=U+pV-TS, после дифференцирования получим: dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT. Примем во внимание выражение для объединенного I и II начала термодинамики dU=TdS-δA и соотношение δA=pdV; произведем замену: dG=TdS-pdV+pdV+Vdp-TdS-SdT. Мы получили выражение для полного дифференциала энергии Гиббса: dG=Vdp -SdT!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_19.jpg" alt=">Ο μετασχηματισμός φάσης συμβαίνει στο T,p=const και συνοδεύεται από αλλαγή του όγκου από V1 σε V2."> Фазовое превращение происходит при T,p=const и сопровождается изменением объема от V1 до V2. Пусть оно происходит для 1 моля индивидуального вещества, тогда V1 до V2 – это молярные объемы первой и второй фазы. Для изобарно-изотермических потенциалов в двух равновесных фазах 1 и 2: dG1=V1dp-S1dT dG2=V2dp-S2dT Вычитая верхнее уравнение из нижнего, получим: dG2 - dG1 =(V2 - V1) dp – (S2 - S1)dT. Изменения T и p здесь не являются независимыми; они такие, при которых сохраняется равновесие между фазами 1 и 2.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_20.jpg" alt=">Έτσι, μεταξύ T και p μια λειτουργική σύνδεση που αντιστοιχεί στην ισορροπία φάσης Επομένως, εάν"> Таким образом, между T и p сохраняется функциональная связь, соответствующая фазовому равновесию. Поэтому, если G1=G2 (равновесие при T и p), то G1+dG1=G2+dG2 (равновесие при T+dT и p+dp). Тогда dG1=dG2, или dG1-dG2 =0. Следовательно, (V2 - V1) dp – (S2 - S1)dT=0 или. Примем во внимание, что. Qф.п - теплота фазового превращения, поглощаемая при переходе 1 моля вещества из фазы 1 в фазу 2; ΔHф.п. – молярная энтальпия фазового перехода.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_21.jpg" alt=">Συνδυάζοντας τις δύο τελευταίες εξισώσεις και δηλώνουμε V2 -V1=ΔV ( τη διαφορά μοριακών όγκων δύο φάσεων),"> Комбинируя два последних уравнения и обозначив V2 -V1=ΔV (разность молярных объемов двух фаз), получим: Здесь T - температура фазового перехода (кипения, плавления, полиморфного превращения и т.д.). Это уравнение называется уравнением Клаузиуса-Клапейрона и является общим термодинамическим уравнением, приложимым ко всем фазовым переходам чистых веществ. Оно показывает, как температура фазового перехода изменяется с давлением.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_22.jpg" alt=">Μετάβαση μεταξύ συμπυκνωμένων φάσεων Για τήξη (μεταβατική κρυσταλλική φάση - υγρό)"> Переход между конденсированными фазами Для плавления (перехода кристаллическая фаза – жидкость) удобнее переписать уравнение Клаузиуса-Клапейрона в виде: , – изменение температуры плавления при изменении давления. где Если Vж>Vкр и ΔV>0, то с увеличением давления температура плавления повышается (большинства веществ). Если ΔV!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_23.jpg" alt=">Υγρό μετάπτωσης - ατμός (εξάτμιση) Εάν οι συνθήκες μετάβασης φάσης (p ,T) απέχουν πολύ από το να είναι κρίσιμα"> Переход жидкость – пар (испарение) Если условия фазового перехода (p,T) достаточно далеки от критической точки, то Vпар>>Vж, и тогда ΔV= Vпар-Vж≈ Vпар. Для 1 моля идеального газа. Тогда (ΔHисп – молярная энтальпия испарения), откуда Поскольку ΔHисп, R и T всегда положительны, то >0. C ростом T давление насыщенного пара над жидкостью всегда увеличивается.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_24.jpg" alt=">Μεταβατική κρυσταλλική φάση - ατμός (εξάχνωση) Η εξίσωση Clausius-Clapeyron έχει την ίδια εμφάνιση, αλλά"> Переход кристаллическая фаза – пар (сублимация) Уравнение Клаузиуса-Клапейрона имеет тот же вид, но вместо ΔHисп – энтальпия сублимации ΔHсуб:!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_25.jpg" alt=">Μερικές φορές η εξίσωση Clausius-Clapeyron για τη μετάβαση από τη συμπυκνωμένη φάση στην αέρια φάση γράφεται σε ολοκληρωμένη μορφή:"> Иногда уравнение Клаузиуса-Клапейрона для перехода из конденсированной фазы в газообразную записывается в интегральном виде: Эта форма уравнения справедлива только для узкого интервала температур, в котором ΔH испарения или сублимации можно приближенно считать постоянной величиной. Строго говоря, это не так: зависимость Qp=ΔH изобарного процесса от температуры подчиняется закону Кирхгофа:!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_26.jpg" alt=">Έτσι, φτάσαμε σε διαφορά (και για ορισμένες ειδικές περιπτώσεις - και εν όλω)"> Итак, мы получили в дифференциальной (а для некоторых частных случаев – и в интегральной) форме математическое выражение, которые устанавливает строгую взаимосвязь между термодинамическими параметрами p и T, характеризующими равновесие между двумя различными фазами в однокомпонентной системе. Однако в общем случае нам неизвестен интегральный вид уравнений состояния различных фаз, даже для однокомпонентных систем. Исключением является лишь уравнение Менделеева-Клапейрона, применимое, когда компоненты газообразной фазы подчиняются законам идеальных газов, и ряд более или менее удачно подобранных, но довольно сложных уравнений, описывающих состояние реальных газов и реальных индивидуальных жидкостей.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_27.jpg" alt=">Οι μετασχηματισμοί φάσεων του δεύτερου είδους συμβαίνουν στους κρυστάλλους κατά τη σειρά ελαττώματα σημείου (όταν αλλάζει η δομή"> Фазовые превращения второго рода происходят в кристаллах при упорядочении точечных дефектов (когда изменения структуры минимальные), при превращении ферромагнитных веществ в парамагнитные, при переходе в сверхпроводящее и сверхтекучее состояние и т.д. Наиболее общей и полной термодинамической теорией ФП второго рода в настоящее время является теория Ландау, разработанная им в 1937 г. Теория фазовых переходов II рода!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_28.jpg" alt=">Η θεωρία του Landau υποθέτει ότι οι επιμέρους φάσεις του συστήματος διαφέρουν από κάθε μία άλλες φυσικές ιδιότητες,"> В теории Ландау предполагается, что отдельные фазы системы отличаются друг от друга физическими свойствами, изменение которых характеризуют некоторые дополнительные параметры. Т.е., кроме обычных термодинамических параметров (T и p для G), для термодинамического потенциала вводят еще параметры η1, η2 … ηn, которые называют параметрами упорядочения соответствующих подсистем. Пусть фаза имеет только один параметр упорядочения η. Параметр упорядочения характеризует физическое состояние отдельной фазы и выбирается обычно таким образом, что для одной фазы он равен 0, а для второй отличен от нуля. Фаза, для которой η=0, условно называется неупорядоченной фазой, а фаза с η≠0 – упорядоченной. В такой интерпретации ФП связан с переходом системы из упорядоченного состояния в неупорядоченное.!}

ΜΕΤΑΒΑΣΗ ΦΑΣΗΣ,μετασχηματισμός φάσης, με ευρεία έννοια - η μετάβαση μιας ουσίας από μια φάσειςσε άλλο όταν αλλάζουν οι εξωτερικές συνθήκες - θερμοκρασία, πίεση, μαγνητική και ηλεκτρική. πεδία, κλπ.? με τη στενή έννοια - μια απότομη αλλαγή στη φυσική. ιδιότητες με συνεχείς αλλαγές στις εξωτερικές παραμέτρους. Η διαφορά μεταξύ δύο ερμηνειών του όρου "Ph. p." μπορεί να φανεί από το ακόλουθο παράδειγμα. Με τη στενή έννοια, η μετάβαση μιας ουσίας από την αέρια φάση στη φάση πλάσματος (βλ. Πλάσμα αίματος)δεν είναι Φ. π., αφού ιονισμόςαέριο εμφανίζεται σταδιακά, αλλά με ευρεία έννοια είναι F. p. Σε αυτό το άρθρο, ο όρος "F. p." ιδωθεί με στενή έννοια.

Η τιμή της θερμοκρασίας, της πίεσης ή της τιμής. άλλα σωματικά Η τιμή στην οποία εμφανίζεται η φάση ονομάζεται σημείο μετάβασης.

Υπάρχουν δύο τύποι F. p. Με τη φυσική του πρώτου είδους, τέτοιες θερμοδυναμικές παράμετροι αλλάζουν απότομα. χαρακτηριστικά της ουσίας, όπως πυκνότητα, συγκέντρωση συστατικών· ανά μονάδα μάζας, απελευθερώνεται ή απορροφάται μια πολύ συγκεκριμένη ποσότητα θερμότητας, που ονομάζεται. θερμότητα μετάβασης. Με Φ. του δεύτερου είδους υπάρχει μια ορισμένη φυσική. μια τιμή ίση με το μηδέν στη μία πλευρά του σημείου μετάβασης αυξάνεται σταδιακά (από το μηδέν) με την απόσταση από το σημείο μετάβασης στην άλλη πλευρά. Σε αυτή την περίπτωση, η πυκνότητα και οι συγκεντρώσεις αλλάζουν συνεχώς, η θερμότητα δεν απελευθερώνεται ή απορροφάται.

Το F. p. είναι ένα ευρέως διαδεδομένο φαινόμενο στη φύση. Η φυσική του πρώτου είδους περιλαμβάνει: εξάτμιση και συμπύκνωση, τήξη και στερεοποίηση, εξάχνωση και συμπύκνωση στη στερεά φάση, ορισμένες δομικές μεταβάσεις σε στερεά, για παράδειγμα. εκπαίδευση μαρτενσίτηςσε κράμα σιδήρου-άνθρακα. ΣΕ αντισιδηρομαγνήτεςμε έναν άξονα μαγνήτισης των μαγνητικών υποπλέξεων, εμφανίζεται μια μετατόπιση φάσης τύπου Ι σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο που κατευθύνεται κατά μήκος του άξονα. Σε μια συγκεκριμένη τιμή πεδίου, οι ροπές των μαγνητικών υποπλέξεων περιστρέφονται κάθετα προς την κατεύθυνση του πεδίου (συμβαίνει η «ανατροπή» των υποδικτυωμάτων). Στους καθαρούς υπεραγωγούς, ένα μαγνητικό πεδίο προκαλεί μια αλλαγή φάσης του πρώτου είδους από την υπεραγώγιμη κατάσταση στην κανονική κατάσταση .

Στο απόλυτο μηδενικόθερμοκρασία και σταθερό όγκο, η φάση με τη χαμηλότερη ενεργειακή τιμή είναι θερμοδυναμικά ισορροπημένη. Η φυσική του πρώτου είδους σε αυτήν την περίπτωση εμφανίζεται σε εκείνες τις τιμές της πίεσης και των εξωτερικών πεδίων στις οποίες συγκρίνονται οι ενέργειες δύο διαφορετικών φάσεων. Εάν δεν διορθώσετε τον όγκο του σώματος V,και η πίεση R,τότε σε θερμοδυναμική κατάσταση. ισορροπίας, το ελάχιστο είναι η ενέργεια Gibbs Ф (ή G) και στο σημείο μετάβασης στην ισορροπία φάσης υπάρχουν φάσεις με ίδιες τιμές Φ .

Πολλές ουσίες σε χαμηλές πιέσεις κρυσταλλώνονται σε χαλαρά συσκευασμένες δομές. Για παράδειγμα, κρυσταλλικό υδρογόνοαποτελείται από μόρια που βρίσκονται σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις το ένα από το άλλο. δομή γραφίτηςείναι μια σειρά από ευρέως απέχουσες στρώσεις ατόμων άνθρακα. Σε αρκετά υψηλές πιέσεις, τέτοιες χαλαρές δομές αντιστοιχούν σε μεγάλες τιμές της ενέργειας Gibbs. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, οι κλειστές φάσεις ισορροπίας αντιστοιχούν σε μικρότερες τιμές του Φ. Επομένως, σε υψηλές πιέσεις, ο γραφίτης μετατρέπεται σε διαμάντι,και μοριακή κρυσταλλική. Το υδρογόνο πρέπει να γίνει ατομικό (μεταλλικό). Κβαντικά υγρά 3 He και 4 He παραμένουν υγρά σε κανονική πίεση μέχρι τις χαμηλότερες θερμοκρασίες που επιτυγχάνονται (T ~ 0,001 K). Ο λόγος για αυτό είναι η ασθενής αλληλεπίδραση των σωματιδίων και το μεγάλο πλάτος των ταλαντώσεων τους σε tempo-pax κοντά στο απόλυτο. μηδέν (οι λεγόμενες μηδενικές ταλαντώσεις ). Ωστόσο, μια αύξηση της πίεσης (έως 20 ΑΤΜσε Τ = 0 Κ) οδηγεί σε στερεοποίηση υγρού ηλίου. Σε μη μηδενικό temp-pax και δεδομένη πίεση και θερμοκρασία, η φάση με την ελάχιστη ενέργεια Gibbs εξακολουθεί να βρίσκεται σε ισορροπία (η ελάχιστη ενέργεια από την οποία αφαιρείται το έργο των δυνάμεων πίεσης και η ποσότητα θερμότητας που προσδίδεται στο σύστημα).

Η φυσική του πρώτου είδους χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη μιας περιοχής μετασταθερής ισορροπίας κοντά στην καμπύλη της Φυσικής του πρώτου είδους (για παράδειγμα, ένα υγρό μπορεί να θερμανθεί σε θερμοκρασία πάνω από το σημείο βρασμού ή να υπερψυχθεί κάτω από το σημείο πήξης). Μετασταθερές καταστάσειςυπάρχουν για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα για το λόγο ότι ο σχηματισμός μιας νέας φάσης με χαμηλότερη τιμή Φ (θερμοδυναμικά πιο ευνοϊκή) ξεκινά με την εμφάνιση πυρήνων αυτής της φάσης. Το κέρδος στην τιμή του Φ κατά το σχηματισμό ενός πυρήνα είναι ανάλογο με τον όγκο του και η απώλεια είναι ανάλογη με την επιφάνεια (τιμή επιφανειακή ενέργεια).Τα μικρά έμβρυα που προκύπτουν αυξάνονται ΦΑ,και επομένως με συντριπτική πιθανότητα θα μειωθούν και θα εξαφανιστούν. Ωστόσο, πυρήνες που έχουν φτάσει σε ένα ορισμένο κρίσιμο μέγεθος μεγαλώνουν και ολόκληρη η ουσία περνά σε μια νέα φάση. Ο σχηματισμός του εμβρύου είναι κρίσιμος. Το μέγεθος είναι μια πολύ απίθανη διαδικασία και εμφανίζεται αρκετά σπάνια. Η πιθανότητα πυρήνωσης είναι κρίσιμη. Το μέγεθος αυξάνεται εάν η ουσία περιέχει ξένα μακροσκοπικά εγκλείσματα. μεγέθη (για παράδειγμα, σωματίδια σκόνης σε ένα υγρό). Κοντά κρίσιμο σημείοη διαφορά μεταξύ των φάσεων ισορροπίας και της επιφανειακής ενέργειας μειώνεται, σχηματίζονται εύκολα πυρήνες μεγάλων μεγεθών και παράξενων σχημάτων, γεγονός που επηρεάζει τις ιδιότητες της ουσίας .

Παραδείγματα τύπων φάσης ΙΙ είναι η εμφάνιση (κάτω από μια θερμοκρασία που προσδιορίζεται σε κάθε περίπτωση) μιας μαγνητικής ροπής σε έναν μαγνήτη κατά τη διάρκεια της μετάβασης παραμαγνητικής-σιδηρομαγνητικής, η αντισιδηρομαγνητική διάταξη κατά τη διάρκεια της μετάβασης παραμαγνητικής-σιδηρομαγνητικής αντισιδηρομαγνήτης,η εμφάνιση υπεραγωγιμότητας σε μέταλλα και κράματα, η εμφάνιση υπερρευστότητας σε 4 He και 3 He, η διάταξη των κραμάτων, η εμφάνιση αυθόρμητης πόλωσης της ύλης κατά την παραηλεκτρική μετάπτωση σιδηροηλεκτρικόκαι τα λοιπά.

L.D. Λαντώ(1937) πρότεινε μια γενική ερμηνεία όλων των φάσεων του δεύτερου είδους ως σημεία αλλαγής συμμετρίας: πάνω από το σημείο μετάβασης, το σύστημα έχει υψηλότερη συμμετρία από ότι κάτω από το σημείο μετάβασης. Για παράδειγμα, σε έναν μαγνήτη, πάνω από το σημείο μετάβασης, η κατεύθυνση των στοιχειωδών μαγνητικών ροπών (περιστροφές)τα σωματίδια κατανέμονται χαοτικά. Επομένως, η ταυτόχρονη περιστροφή όλων των περιστροφών δεν αλλάζει τη φυσική. ιδιότητες του συστήματος. Κάτω από το σημείο μετάβασης, οι πλάτες έχουν έναν προτιμώμενο προσανατολισμό. Η ταυτόχρονη περιστροφή τους αλλάζει την κατεύθυνση της μαγνητικής ροπής του συστήματος. Άλλο παράδειγμα: σε ένα κράμα δύο συστατικών, τα άτομα του οποίου Α και Βπου βρίσκεται στους κόμβους ενός απλού κυβ κρυσταλλικού πλέγματος,μια διαταραγμένη κατάσταση χαρακτηρίζεται από μια χαοτική κατανομή των ατόμων Α και Β στις θέσεις του πλέγματος, έτσι ώστε μια μετατόπιση πλέγματος κατά μια περίοδο δεν αλλάζει τις ιδιότητές του. Κάτω από το σημείο μετάβασης, τα άτομα του κράματος είναι διατεταγμένα με τη σειρά: ...ABAV...Μια μετατόπιση ενός τέτοιου πλέγματος κατά μια περίοδο οδηγεί στην αντικατάσταση όλων των ατόμων Α από το Β ή αντίστροφα. Ως αποτέλεσμα της εγκαθίδρυσης της τάξης στη διάταξη των ατόμων, η συμμετρία του πλέγματος μειώνεται.

Η ίδια η συμμετρία εμφανίζεται και εξαφανίζεται απότομα. Ωστόσο, η ποσότητα που χαρακτηρίζει την ασυμμετρία (παράμετρος παραγγελίας) μπορεί να αλλάζει συνεχώς. Για φάσεις του δεύτερου είδους, η παράμετρος τάξης είναι ίση με μηδέν πάνω από το σημείο μετάβασης και στο ίδιο το σημείο μετάβασης. Για παράδειγμα, η μαγνητική ροπή ενός σιδηρομαγνήτη συμπεριφέρεται με παρόμοιο τρόπο. σιδηροηλεκτρική πόλωση, πυκνότητα του υπερρευστού συστατικού σε υγρό 4 He, πιθανότητα ανίχνευσης ατόμου ΕΝΑστον αντίστοιχο κρυσταλλικό κόμβο. σχάρες κράματος δύο συστατικών κ.λπ.

Η φυσική του δεύτερου είδους χαρακτηρίζεται από την απουσία αλμάτων στην πυκνότητα, τη συγκέντρωση και τη θερμότητα μετάβασης. Όμως ακριβώς η ίδια εικόνα παρατηρείται και στα κρίσιμα. σημείο στην καμπύλη μιας συνάρτησης φάσης του πρώτου είδους . Η ομοιότητα αποδεικνύεται πολύ βαθιά. Σχεδόν κρίσιμο σημείο, η κατάσταση της ύλης μπορεί να χαρακτηριστεί από μια ποσότητα που παίζει το ρόλο μιας παραμέτρου τάξης. Για παράδειγμα, σε περίπτωση κρίσιμης Τα σημεία στην καμπύλη ισορροπίας υγρού-ατμού είναι η απόκλιση της πυκνότητας από τη μέση τιμή. Όταν οδηγείτε σε κρίσιμη ισόχωραΣτην πλευρά της υψηλής θερμοκρασίας, το αέριο είναι ομοιογενές και αυτή η τιμή είναι μηδέν. Παρακάτω κρίσιμη θερμοκρασίαη ουσία διαστρωματώνεται σε δύο φάσεις, σε καθεμία από τις οποίες η απόκλιση της πυκνότητας από την κρίσιμη δεν είναι ίση με μηδέν. Δεδομένου ότι οι φάσεις του δεύτερου είδους διαφέρουν ελάχιστα μεταξύ τους κοντά στο σημείο φάσης, είναι δυνατός ο σχηματισμός μεγάλων πυρήνων μιας φάσης σε μια άλλη (διακυμάνσεις),ακριβώς το ίδιο με σχεδόν κρίσιμο. σημεία. Πολλές επικρίσεις συνδέονται με αυτό. φαινόμενα κατά τη φάση ΙΙ του δεύτερου είδους: μια άπειρη αύξηση της μαγνητικής επιδεκτικότητας των σιδηρομαγνητών και της διηλεκτρικής σταθεράς των σιδηροηλεκτρικών (ανάλογη είναι η αύξηση της συμπιεστότητας κοντά στο κρίσιμο σημείο υγρού-ατμού), μια άπειρη αύξηση στη θερμοχωρητικότητα, ανώμαλη σκέδαση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων [φως σε υγρό και ατμό , Ακτίνες Χ σε στερεά], νετρόνια σε σιδηρομαγνήτες. Τα δυναμικά φαινόμενα αλλάζουν επίσης σημαντικά, γεγονός που σχετίζεται με την πολύ αργή απορρόφηση των διακυμάνσεων που προκύπτουν. Για παράδειγμα, σχεδόν κρίσιμο Το σημείο υγρού-ατμού περιορίζει τη γραμμή Rayleigh σκέδαση φωτός,Κλείσε Πόντοι Κιουρίσιδηρομαγνήτες και Neel σημείαη διάχυση του σπιν αντισιδηρομαγνήτη επιβραδύνεται κλπ. Τετ. μέγεθος διακύμανσης (ακτίνα συσχέτισης) Rαυξάνεται καθώς πλησιάζει το σημείο μιας φάσης ΙΙ του δεύτερου είδους και γίνεται απείρως μεγάλο σε αυτό το σημείο.

Τα σύγχρονα επιτεύγματα της θεωρίας των φυσικών φαινομένων του δεύτερου είδους και των κριτικών φαινομένων βασίζονται στην υπόθεση της ομοιότητας. Υποτίθεται ότι αν δεχτούμε Rανά μονάδα μέτρησης μήκους, και μέσος όρος. την τιμή της παραμέτρου τάξης ενός κελιού με ακμή R-ανά μονάδα μέτρησης της παραμέτρου τάξης, τότε ολόκληρο το μοτίβο διακύμανσης δεν θα εξαρτάται ούτε από την εγγύτητα στο σημείο μετάβασης ούτε από τη συγκεκριμένη ουσία. Όλα είναι θερμοδυναμικά. Οι ποσότητες είναι συναρτήσεις ισχύος R.Οι εκθέτες ονομάζονται κρίσιμες διαστάσεις (δείκτες). Δεν εξαρτώνται από τη συγκεκριμένη ουσία και καθορίζονται μόνο από τη φύση της παραμέτρου παραγγελίας. Για παράδειγμα, οι διαστάσεις στο σημείο Κιουρί ενός ισοτροπικού υλικού, η παράμετρος τάξης του οποίου είναι το διάνυσμα μαγνήτισης, διαφέρουν από τις διαστάσεις στο κρίσιμο σημείο. σημείου υγρού - ατμού ή στο σημείο Κιουρί ενός μονοαξονικού μαγνήτη, όπου η παράμετρος τάξης είναι μια κλιμακωτή ποσότητα.

Κοντά στο σημείο μετάβασης εξίσωση κατάστασηςέχει τη χαρακτηριστική όψη νόμου αντίστοιχα κράτη.Για παράδειγμα, σχεδόν κρίσιμο σημειακή αναλογία υγρού-ατμού (p - p k) / (p l - p g) εξαρτάται μόνο από (p - p k) / (p l - r g)* Κ Τ(εδώ p - πυκνότητα, p k - κρίσιμη πυκνότητα, p l - πυκνότητα υγρού, p g - πυκνότητα αερίου, R -πίεση, p k - κρίσιμη πίεση, K T -ισόθερμος συμπιεστό),Επιπλέον, ο τύπος εξάρτησης με κατάλληλη επιλογή κλίμακας είναι ο ίδιος για όλα τα υγρά .

Έχουν γίνει μεγάλα βήματα στη θεωρητική επιστήμη. υπολογισμός της κρίσιμης οι διαστάσεις και οι εξισώσεις κατάστασης είναι σε καλή συμφωνία με τα πειραματικά δεδομένα.

Η περαιτέρω ανάπτυξη της θεωρίας της φυσικής του δεύτερου είδους συνδέεται με τη χρήση μεθόδων της κβαντικής θεωρίας πεδίου, ιδιαίτερα της μεθόδου της ομάδας επανακανονικοποίησης. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει, καταρχήν, την εύρεση κρίσιμων δεικτών με οποιαδήποτε απαιτούμενη ακρίβεια.

Η διαίρεση της φυσικής σε δύο τύπους είναι κάπως αυθαίρετη, αφού υπάρχουν φυσική του πρώτου είδους με μικρά άλματα στη θερμοχωρητικότητα και άλλες ποσότητες και μικρές θερμότητες μετάβασης με πολύ ανεπτυγμένες διακυμάνσεις. Ένα φυσικό φαινόμενο είναι ένα συλλογικό φαινόμενο που εμφανίζεται σε αυστηρά καθορισμένες τιμές θερμοκρασίας και άλλων ποσοτήτων μόνο σε ένα σύστημα που έχει, στο όριο, έναν αυθαίρετα μεγάλο αριθμό σωματιδίων.

Lit.: Landau L. D., Lifshits E. M., Statistical Physics, 2nd ed., M., 1964 (Theoretical Physics, vol. 5); Landau L. D., Akhiezer A. I., Lifshits E. M., Course of general physics. Mechanics and molecular physics, 2nd ed., Μ., 1969; Brayt R., Phase transitions, μτφρ. from English, Μ., 1967;Fisher M., The Nature of Critical Condition, μτφρ. from English, Μ., 1968; Stanley G., Φάση μεταβάσεις και κρίσιμα φαινόμενα, μτφρ. from English, Μ., 1973; Anisimov M.A., Μελέτες κρίσιμων φαινομένων σε υγρά, "Advances in Physical Sciences", 1974, τ. 114, τ. 2; Patashinsky A. Z., Pokrovsky V. L., Fluctuation theory ofphase transitions, M., 1975; Κβαντική θεωρία πεδίου και φυσική μεταπτώσεων φάσης, μτφρ. from English, M., 1975 (News of fundamental physics, τεύχος 6). Wilson K., Kogut J., Renormalization group and s-expansion, trans. from English, M., 1975 (News of fundamental physics, τ. 5).

ΣΕ. Λ. Ποκρόφσκι.

Βασισμένο σε υλικά TSB.

Μπελούσοβα Γιούλια, Κομπάν Αναστασία

Το έργο περιγράφει τις μεταβάσεις φάσεων της ύλης. Ισορροπία φάσης. Τήξη, κρυστάλλωση, εξάτμιση, συμπύκνωση.

Κατεβάστε:

Προεπισκόπηση:

Για να χρησιμοποιήσετε προεπισκοπήσεις παρουσίασης, δημιουργήστε έναν λογαριασμό Google και συνδεθείτε σε αυτόν: https://accounts.google.com

Λεζάντες διαφάνειας:

Ερευνητική εργασία στη φυσική: Μεταπτώσεις φάσεων της ύλης

Σχέδιο: Περιοχή αντικειμένου και αντικείμενο εργασίας Συνάφεια της μελέτης Σκοπός και στόχοι της μελέτης Εξοικείωση με τις αρχικές πληροφορίες σχετικά με τις μεταβάσεις φάσης Τύποι μετάβασης φάσης Ισορροπία φάσης Διαδικασίες σε μεταβάσεις φάσης Συμπέρασμα

Τομέας αντικειμένων Η Φυσική είναι η επιστήμη του σύμπαντος, η οποία μας επιτρέπει να εξετάζουμε και να κατανοούμε τις διαδικασίες που μας περιβάλλουν σε όλες τις λεπτότητες της. «Το πιο όμορφο πράγμα που μπορούμε να ζήσουμε είναι το ακατανόητο. Λειτουργεί ως πηγή αληθινής τέχνης και επιστήμης.» Albert Einstein.

Αντικείμενο μελέτης Για το αντικείμενο μελέτης σε αυτόν τον τομέα, θα εξετάσουμε τη διαδικασία μετάβασης φάσης μιας ουσίας.

Συνάφεια του θέματος Αυτό το θέμα είναι ενδιαφέρον και σχετικό γιατί τα τελευταία χρόνια είναι γνωστή η ευρεία χρήση των μεταβάσεων φάσης σε διάφορους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας. Οι μεταβάσεις φάσεων μπορούν να ταξινομηθούν ως οι πιο πρακτικές εφαρμογές των φυσικών εφέ.Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι οι μεταβάσεις φάσης: Χρησιμοποιούνται συχνά σε διπλώματα ευρεσιτεχνίας και πρακτικές λύσεις.

Σκοπός της εργασίας: Να εξοικειωθείτε με τις βασικές έννοιες της σύγχρονης επιστήμης σχετικά με διάφορους τύπους ισορροπιών φάσεων και τα φυσικά χαρακτηριστικά των διαδικασιών μετάβασης της ύλης από τη μια φάση στην άλλη.

Στόχοι: Εξέταση της έννοιας της μετάβασης φάσης Προσδιορισμός των τύπων μετάβασης φάσης και των κύριων χαρακτηριστικών Εξέταση της ισορροπίας φάσης Καθιέρωση διαφόρων διαδικασιών μετάβασης φάσης

Έννοια της μετάβασης φάσης Η μετάβαση φάσης, ο μετασχηματισμός φάσης, με την ευρεία έννοια, είναι η μετάβαση μιας ουσίας από τη μια φάση στην άλλη όταν αλλάζουν οι εξωτερικές συνθήκες - θερμοκρασία, πίεση, μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία κ.λπ. Με μια στενή έννοια, είναι μια απότομη αλλαγή στις φυσικές ιδιότητες με μια συνεχή αλλαγή στις εξωτερικές παραμέτρους.

Τύποι μεταπτώσεων φάσης Οι μεταβάσεις φάσεων χωρίζονται σε τύπους Ι και ΙΙ. Οι μεταβολές στις αθροιστικές καταστάσεις μιας ουσίας ονομάζονται μεταπτώσεις φάσης πρώτης τάξης εάν: 1) Η θερμοκρασία είναι σταθερή καθ' όλη τη διάρκεια της μετάβασης. 2) Ο όγκος του συστήματος αλλάζει. 3) Η εντροπία του συστήματος αλλάζει. Οι μεταπτώσεις φάσης δεύτερης τάξης είναι μεταβάσεις φάσης στις οποίες οι πρώτες παράγωγοι των θερμοδυναμικών δυναμικών ως προς την πίεση και τη θερμοκρασία αλλάζουν συνεχώς, ενώ οι δεύτερες παράγωγοί τους παρουσιάζουν άλμα. Συνεπάγεται, ειδικότερα, ότι η ενέργεια και ο όγκος μιας ουσίας κατά τη μετάβαση φάσης δεύτερης τάξης δεν αλλάζουν, αλλά αλλάζουν η θερμοχωρητικότητα, η συμπιεστότητα, οι διάφορες ευαισθησίες της κ.λπ.

Διαγράμματα φάσης μετάβασης που απεικονίζει τα όρια πρώτης και δεύτερης τάξης της υγρής και της αέριας φάσης

Ισορροπία φάσης Η συνθήκη για την ισορροπία φάσης μπορεί να ληφθεί από τα θεωρήματα της θερμοδυναμικής. Όταν το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία, οι θερμοκρασίες και οι πιέσεις όλων των φάσεων του είναι ίδιες. Εάν διατηρηθούν σταθερά, τότε το θερμοδυναμικό δυναμικό του συστήματος μπορεί μόνο να μειωθεί. Σε κατάσταση ισορροπίας, παίρνει μια ελάχιστη τιμή. Έστω m 1 η μάζα της πρώτης και m 2 η μάζα της δεύτερης φάσης.  1 και  2 είναι τα συγκεκριμένα θερμοδυναμικά δυναμικά της ουσίας σε αυτές τις φάσεις. Το θερμοδυναμικό δυναμικό ολόκληρου του συστήματος αναπαρίσταται ως Φ = m 1  1 + m 2  2. Εάν  1   2, τότε κάθε μετατροπή της φάσης 1 σε φάση 2 συνοδεύεται από μείωση του Φ. Αυτός ο μετασχηματισμός θα συμβεί μέχρι να περάσει ολόκληρη η φάση 1 σε μια πιο σταθερή φάση 2. Τότε το σύστημα θα γίνει μονοφασικό και το θερμοδυναμικό του δυναμικό θα φτάσει την ελάχιστη τιμή m  2. Αντίθετα, αν  1   2, τότε η φάση 2 θα μετατραπεί τελικά σε φάση 1. Μόνο υπό την συνθήκη  1 (P, T) =  2 (P, T) (1) Οι φάσεις θα είναι σε ισορροπία με ο ένας τον άλλον. Επομένως, προϋπόθεση για την ισορροπία φάσης είναι η ισότητα των ειδικών θερμοδυναμικών τους δυναμικών.

Διάγραμμα ισορροπίας φάσης διοξειδίου του άνθρακα:

Η έννοια της συνθήκης (1) είναι ότι κατά τη διάρκεια οποιωνδήποτε μετασχηματισμών φάσης, η τιμή του συγκεκριμένου θερμοδυναμικού δυναμικού παραμένει αμετάβλητη. Έτσι, με όλες τις αλλαγές στην κατάσταση μιας ουσίας, το συγκεκριμένο θερμοδυναμικό δυναμικό της αλλάζει πάντα συνεχώς

Διαδικασίες σε μεταβάσεις φάσης Εξετάστε: Εξάτμιση και συμπύκνωση Τήξη και κρυστάλλωση Βρασμός και υπερθέρμανση υγρού

Εξάτμιση και συμπύκνωση Η μετάβαση ενός υγρού σε αέρια κατάσταση ονομάζεται εξάτμιση, η μετάβαση ενός στερεού σε αέρια κατάσταση ονομάζεται εξάχνωση. Η θερμότητα που πρέπει να μεταδοθεί σε μια μονάδα μάζας μιας ουσίας για να μετατραπεί σε ατμό, η οποία βρίσκεται στην ίδια θερμοκρασία με την ουσία πριν από την εξάτμιση, ονομάζεται ειδική θερμότητα εξάτμισης. Κατά τη συμπύκνωση, η θερμότητα που χάνεται κατά την εξάτμιση επιστρέφεται: το υγρό που σχηματίζεται κατά τη συμπύκνωση θερμαίνεται. Ο ατμός που βρίσκεται σε ισορροπία με το υγρό του ονομάζεται κορεσμένος. Η πίεση στην οποία εμφανίζεται η ισορροπία ονομάζεται πίεση κορεσμένων ατμών.

Εξάτμιση κάποιου υγρού Εξάτμιση ορισμένων τύπων υγρών στο διάγραμμα

Τήξη και κρυστάλλωση Η μετάβαση ενός κρυσταλλικού σώματος σε υγρή κατάσταση συμβαίνει σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία για κάθε ουσία και απαιτεί την κατανάλωση ορισμένης ποσότητας θερμότητας, που ονομάζεται θερμότητα σύντηξης. Η θερμοκρασία τήξης εξαρτάται από την πίεση. Έτσι, η μετάβαση από την κρυσταλλική στην υγρή κατάσταση γίνεται κάτω από πολύ συγκεκριμένες συνθήκες, που χαρακτηρίζονται από τιμές πίεσης και θερμοκρασίας. Το σύνολο αυτών των τιμών αντιστοιχεί στην καμπύλη στο διάγραμμα (p, T), η οποία συνήθως ονομάζεται καμπύλη τήξης

Η διαδικασία κρυστάλλωσης, αντίστροφα προς την τήξη, προχωρά ως εξής. Όταν ένα υγρό ψύχεται σε μια θερμοκρασία στην οποία η στερεά και η υγρή φάση μπορούν να βρίσκονται σε ισορροπία σε μια δεδομένη πίεση (δηλαδή στην ίδια θερμοκρασία στην οποία συνέβη η τήξη), η ταυτόχρονη ανάπτυξη των κρυστάλλων αρχίζει γύρω από τους λεγόμενους πυρήνες ή κρυστάλλωση κέντρα. Μεγαλώνοντας όλο και περισσότερο, οι μεμονωμένοι κρύσταλλοι τελικά κλείνουν μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα πολυκρυσταλλικό στερεό. Η διαδικασία κρυστάλλωσης συνοδεύεται από την απελευθέρωση της ίδιας ποσότητας θερμότητας που απορροφάται κατά την τήξη.

Τήξη

Διάγραμμα: Τήξη-Κρυστάλλωση

Βρασμός και υπερθέρμανση ενός υγρού Εάν το υγρό σε ένα δοχείο θερμαίνεται υπό σταθερή εξωτερική πίεση από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού. Αυτή η διαδικασία σχηματισμού ατμού ονομάζεται εξάτμιση. Όταν φτάσει σε μια ορισμένη θερμοκρασία, που ονομάζεται σημείο βρασμού, ο σχηματισμός ατμού αρχίζει να συμβαίνει όχι μόνο από την ελεύθερη επιφάνεια, οι φυσαλίδες ατμού αναπτύσσονται και ανεβαίνουν στην επιφάνεια, μεταφέροντας μαζί τους το ίδιο το υγρό. Η διαδικασία της εξάτμισης γίνεται βίαιη. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται βρασμός. Υπερθερμασμένο νερό μπορεί να ληφθεί, για παράδειγμα, σε φιάλη χαλαζία με λεία τοιχώματα. Ξεπλύνετε καλά τη φιάλη πρώτα με θειικό, νιτρικό ή άλλο οξύ και στη συνέχεια με απεσταγμένο νερό. Στην πλυμένη φιάλη χύνεται απεσταγμένο νερό, από το οποίο αφαιρείται ο διαλυμένος σε αυτήν αέρας με παρατεταμένο βρασμό. Μετά από αυτό, το νερό στη φιάλη μπορεί να θερμανθεί σε καυστήρα αερίου σε θερμοκρασία σημαντικά υψηλότερη από το σημείο βρασμού, και όμως δεν θα βράσει, αλλά θα εξατμιστεί μόνο εντατικά από την ελεύθερη επιφάνεια. Μόνο περιστασιακά σχηματίζεται μια φυσαλίδα ατμού στο κάτω μέρος της φιάλης, η οποία αναπτύσσεται γρήγορα, διαχωρίζεται από τον πυθμένα και ανεβαίνει στην επιφάνεια του υγρού και το μέγεθός της αυξάνεται πολύ καθώς ανεβαίνει. Στη συνέχεια, το νερό παραμένει ήρεμο για μεγάλο χρονικό διάστημα. Εάν ένα αέριο μικρόβιο εισαχθεί σε ένα τέτοιο νερό, για παράδειγμα, ρίχνοντας μια πρέζα τσάι, θα βράσει βίαια και η θερμοκρασία του θα πέσει γρήγορα στο σημείο βρασμού. Αυτή η αποτελεσματική εμπειρία είναι εκρηκτική.

Θερμοκρασία βρασμού του νερού σε πυρηνικό βρασμό

Συμπέρασμα Αυτή η εργασία έδωσε τη δυνατότητα να μάθουμε περισσότερα για τις διαδικασίες που συμβαίνουν όταν μια κατάσταση μιας ουσίας περνά σε μια άλλη, ποια χαρακτηριστικά έχει κάθε μία από τις φάσεις και καταστάσεις. Βλέποντας τις διαδικασίες γύρω μας, μπορούμε εύκολα να πούμε πώς συμβαίνει αυτό, γνωρίζοντας μόνο τη βασική θεωρία. Επομένως, η φυσική μας βοηθά να γνωρίζουμε τους περισσότερους νόμους της φυσικής επιστήμης που θα μας βοηθήσουν στο μέλλον.

Εννοια φάση στη θερμοδυναμική, θεωρούνται με μια ευρύτερη έννοια από τις καταστάσεις συσσωμάτωσης. Σύμφωνα με φάση στη θερμοδυναμική κατανοούμε τη θερμοδυναμικά κατάσταση ισορροπίας μιας ουσίας, η οποία διαφέρει ως προς τις φυσικές ιδιότητες από άλλες πιθανές καταστάσεις ισορροπίας της ίδιας ουσίας. Μερικές φορές μια μη ισορροπημένη μετασταθερή κατάσταση μιας ουσίας ονομάζεται επίσης φάση, αλλά μετασταθερή. Οι φάσεις μιας ουσίας μπορεί να διαφέρουν ως προς τη φύση της κίνησης των δομικών σωματιδίων και την παρουσία ή την απουσία μιας διατεταγμένης δομής. Οι διαφορετικές κρυσταλλικές φάσεις μπορεί να διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τον τύπο της κρυσταλλικής δομής, την ηλεκτρική αγωγιμότητα, τις ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες κ.λπ. Οι υγρές φάσεις διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη συγκέντρωση των συστατικών, την παρουσία ή την απουσία υπεραγωγιμότητας κ.λπ.

Η μετάβαση μιας ουσίας από τη μια φάση στην άλλη ονομάζεται μετάβαση φάσης . Οι μεταβάσεις φάσεων περιλαμβάνουν τα φαινόμενα εξάτμισης και τήξης, συμπύκνωσης και κρυστάλλωσης κ.λπ. Σε ένα σύστημα δύο φάσεων, οι φάσεις βρίσκονται σε ισορροπία στην ίδια θερμοκρασία. Καθώς αυξάνεται ο όγκος, ένα μέρος του υγρού μετατρέπεται σε ατμό, αλλά για να διατηρηθεί σταθερή η θερμοκρασία, είναι απαραίτητο να μεταφερθεί μια συγκεκριμένη ποσότητα θερμότητας από το εξωτερικό. Έτσι, για να πραγματοποιηθεί μια μετάβαση από μια υγρή φάση σε ένα αέριο σύστημα, είναι απαραίτητη η μεταφορά θερμότητας χωρίς αλλαγή της θερμοκρασίας του συστήματος. Αυτή η θερμότητα πηγαίνει για να αλλάξει τη φάση φάσης της ουσίας και ονομάζεται θερμότητα μετασχηματισμού φάσης ή λανθάνουσα θερμότητα μετάβασης . Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η λανθάνουσα θερμότητα μετάπτωσης μιας σταθερής μάζας μιας ουσίας μειώνεται και στην κρίσιμη θερμοκρασία είναι ίση με μηδέν. Για να χαρακτηριστεί η μετάβαση φάσης, χρησιμοποιείται η ειδική θερμότητα της μετάβασης φάσης. Ειδική θερμότητα μετάβασης φάσης είναι η ποσότητα λανθάνουσας θερμότητας ανά μονάδα μάζας μιας ουσίας.

Οι μεταπτώσεις φάσης με την απορρόφηση ή την απελευθέρωση λανθάνουσας θερμότητας μετάπτωσης ονομάζονται μεταβάσεις φάσης πρώτης τάξης . Σε αυτή την περίπτωση, η εσωτερική ενέργεια και η πυκνότητα αλλάζουν απότομα. Όταν μετακινούμαστε από μια πιο διατεταγμένη κατάσταση σε μια λιγότερο διατεταγμένη κατάσταση, η εντροπία αυξάνεται. Ο πίνακας δείχνει τις μεταβάσεις φάσης πρώτης τάξης και τα κύρια χαρακτηριστικά τους.

Τραπέζι. Μεταπτώσεις φάσεων του πρώτου rad και τα κύρια χαρακτηριστικά τους .

ΜΕ Υπάρχει μια σύνδεση μεταξύ της πίεσης στην οποία ένα σύστημα δύο φάσεων βρίσκεται σε ισορροπία και της θερμοκρασίας κατά τις μεταβάσεις φάσης πρώτης τάξης. Αυτή η σύνδεση περιγράφεται . Ας εξετάσουμε την εξαγωγή αυτής της εξίσωσης για κλειστά συστήματα. Εάν ο αριθμός των σωματιδίων στο σύστημα είναι σταθερός, τότε η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας, σύμφωνα με τον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο, προσδιορίζεται από την έκφραση: . Θα υπάρξει ισορροπία μεταξύ των φάσεων υπό τον όρο ότι T 1 = T 2 και P 1 = P 2. Ας εξετάσουμε έναν απειροελάχιστο αναστρέψιμο κύκλο Carnot (Εικ. 6.8), οι ισόθερμες του οποίου αντιστοιχούν στην κατάσταση ενός διφασικού συστήματος σε θερμοκρασίες T και dT. Εφόσον οι παράμετροι κατάστασης αλλάζουν απείρως ελάχιστα, οι ισόθερμες και οι αδιαβάτες στο Σχ. 6.8 φαίνονται ως ευθείες γραμμές. Η πίεση σε έναν τέτοιο κύκλο αλλάζει κατά την ποσότητα dP. Η λειτουργία του συστήματος ανά κύκλο καθορίζεται από τον τύπο:
. Ας υποθέσουμε ότι ο κύκλος υλοποιείται για ένα σύστημα του οποίου η μάζα ύλης είναι ίση με ένα. Η αποτελεσματικότητα ενός τέτοιου στοιχειώδους κύκλου Carnot μπορεί να προσδιοριστεί από τους τύπους:
ή
, Οπου μεγάλο Π– ειδική θερμότητα εξάτμισης. Εξισώνοντας τις δεξιές πλευρές αυτών των ισοτήτων και αντικαθιστώντας την έκφραση με εργασία μέσω πίεσης και όγκου, λαμβάνουμε:
. Ας συσχετίσουμε τη μεταβολή της πίεσης με τη μεταβολή της θερμοκρασίας και πάρουμε:

(6.23)

Καλείται η εξίσωση (6.23). Εξίσωση Clapeyron–Clausius . Αναλύοντας αυτή την εξίσωση, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, η πίεση αυξάνεται. Αυτό προκύπτει από το γεγονός ότι
, και ως εκ τούτου
.

Η εξίσωση Clapeyron–Clausius ισχύει όχι μόνο για τη μετάβαση υγρού-ατμού. Ισχύει για όλες τις μεταβάσεις πρώτης τάξης. Σε γενικές γραμμές, μπορεί να γραφτεί ως εξής:

(6.24)

Χρησιμοποιώντας την εξίσωση Clapeyron–Clausius, μπορούμε να παρουσιάσουμε ένα διάγραμμα κατάστασης του συστήματος σε συντεταγμένες P, T (Εικ. 6.9). Σε αυτό το διάγραμμα, η καμπύλη 1 είναι η καμπύλη εξάχνωσης. Αντιστοιχεί στην κατάσταση ισορροπίας δύο φάσεων: στερεού και ατμού. Τα σημεία που βρίσκονται στα αριστερά αυτής της καμπύλης χαρακτηρίζουν τη μονοφασική στερεά κατάσταση. Τα σημεία στα δεξιά χαρακτηρίζουν την κατάσταση ατμού. Καμπύλη 2 – καμπύλη τήξης. Αντιστοιχεί στην κατάσταση ισορροπίας δύο φάσεων: στερεού και υγρού. Τα σημεία που βρίσκονται στα αριστερά αυτής της καμπύλης χαρακτηρίζουν τη μονοφασική στερεά κατάσταση. Τα σημεία που βρίσκονται στα δεξιά του μέχρι την καμπύλη 3 χαρακτηρίζουν την υγρή κατάσταση. Καμπύλη 3 – καμπύλη εξάτμισης. Αντιστοιχεί στην κατάσταση ισορροπίας δύο φάσεων: υγρού και ατμού. Τα σημεία που βρίσκονται στα αριστερά αυτής της καμπύλης χαρακτηρίζουν τη μονοφασική υγρή κατάσταση. Τα σημεία στα δεξιά χαρακτηρίζουν την κατάσταση ατμού. Η καμπύλη 3, σε αντίθεση με τις καμπύλες 1 και 2, περιορίζεται και στις δύο πλευρές. Στη μία πλευρά - μια τριπλή κουκκίδα Tr, από την άλλη πλευρά - το κρίσιμο σημείο Κ (Εικ. 6.9). Τριπλό σημείο περιγράφει την κατάσταση ισορροπίας τριών φάσεων ταυτόχρονα: στερεού, υγρού και ατμού.