पदार्थ का चरण संक्रमण. वास्तविक प्रणालियाँ और चरण संक्रमण विभिन्न पदार्थों के चरण संक्रमण के दौरान तालिका दबाव

2. पहले और दूसरे क्रम के चरण परिवर्तन…………………………..4

3. आदर्श गैस………………………………………………7

4. वास्तविक गैस……………………………………………………8

5. क्रांतिक परिघटनाओं का आण्विक-गतिज सिद्धांत.......9

6. अतितरलता………………………………………………..11

7. अतिचालकता………………………………………….13

7.1 अतिचालकता की खोज…………………………13

7.2 इलेक्ट्रॉन-फ़ोनन अंतःक्रिया………………14

7.3 पहले और दूसरे प्रकार के सुपरकंडक्टर्स…………16

7.4 सुपरकंडक्टर बनाने की विधि………………17

7.5 सुरक्षा सावधानियाँ………………………………18

7.6 मीस्नर प्रभाव…………………………………………20

8. निष्कर्ष………………………….…………………….22

9. सन्दर्भ……………………………………………….25

1 परिचय।

चरण भौतिक और रासायनिक प्रणालियों के सजातीय विभिन्न भागों को कहा जाता है। कोई पदार्थ तब सजातीय होता है जब पदार्थ की अवस्था के सभी पैरामीटर उसके सभी आयतनों में समान होते हैं, जिनके आयाम अंतरपरमाणु अवस्थाओं की तुलना में बड़े होते हैं। विभिन्न गैसों का मिश्रण हमेशा एक चरण बनाता है यदि वे पूरे आयतन में समान सांद्रता में हों।

बाहरी स्थितियों के आधार पर एक ही पदार्थ एकत्रीकरण की तीन अवस्थाओं में से एक में हो सकता है - तरल, ठोस या गैसीय। बाहरी परिस्थितियों के आधार पर, यह एक चरण में या एक साथ कई चरणों में हो सकता है। हमारे आस-पास की प्रकृति में, हम विशेष रूप से अक्सर पानी के चरण परिवर्तन देखते हैं। उदाहरण के लिए: वाष्पीकरण, संघनन. दबाव और तापमान की ऐसी स्थितियाँ हैं जिनके अंतर्गत कोई पदार्थ विभिन्न चरणों में संतुलन में होता है। उदाहरण के लिए, जब किसी गैस को चरण संतुलन की स्थिति में तरलीकृत किया जाता है, तो आयतन कुछ भी हो सकता है, और संक्रमण तापमान संतृप्त वाष्प दबाव से संबंधित होता है। वह तापमान जिस पर एक चरण से दूसरे चरण में संक्रमण होता है, संक्रमण तापमान कहलाता है। वे दबाव पर निर्भर करते हैं, हालांकि अलग-अलग डिग्री पर: पिघलने बिंदु कमजोर होता है, वाष्पीकरण और उर्ध्वपातन का तापमान मजबूत होता है। सामान्य और स्थिर दबाव पर, संक्रमण एक निश्चित तापमान मान पर होता है, और यहां पिघलने, उबलने और उर्ध्वपातन (या उर्ध्वपातन) के बिंदु होते हैं। उर्ध्वपातन किसी पदार्थ का ठोस से गैसीय अवस्था में संक्रमण है और इसे देखा जा सकता है, उदाहरण के लिए, धूमकेतु की पूंछ के गोले में। जब कोई धूमकेतु सूर्य से दूर होता है, तो उसका लगभग सारा द्रव्यमान उसके नाभिक में केंद्रित होता है, जिसकी माप 10-12 किलोमीटर होती है। गैस के एक छोटे गोले से घिरा नाभिक तथाकथित धूमकेतु शीर्ष है। सूर्य के निकट आने पर, धूमकेतु का कोर और गोले गर्म होने लगते हैं, ऊर्ध्वपातन की संभावना बढ़ जाती है और ऊर्ध्वपातन कम हो जाता है। धूमकेतु के नाभिक से निकलने वाली गैसें ठोस कणों के साथ चलती हैं, धूमकेतु का सिर आयतन में बढ़ जाता है और संरचना में गैस-धूल बन जाता है।

2. पहले और दूसरे क्रम के चरण परिवर्तन।

चरण परिवर्तन कई प्रकार के होते हैं। किसी पदार्थ की समग्र अवस्थाओं में परिवर्तन को प्रथम-क्रम चरण संक्रमण कहा जाता है यदि:

1) पूरे संक्रमण के दौरान तापमान स्थिर रहता है।

2) सिस्टम का आयतन बदल जाता है।

3) सिस्टम की एन्ट्रापी बदल जाती है।

ऐसे चरण संक्रमण होने के लिए, परिवर्तन की गुप्त गर्मी के अनुरूप, पदार्थ के किसी दिए गए द्रव्यमान को एक निश्चित मात्रा में गर्मी प्रदान करना आवश्यक है। वास्तव में, संघनित चरण के कम घनत्व वाले चरण में संक्रमण के दौरान, गर्मी के रूप में एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा प्रदान करना आवश्यक होता है, जिसका उपयोग क्रिस्टल जाली को नष्ट करने (पिघलने के दौरान) या हटाने के लिए किया जाएगा। तरल अणु एक दूसरे से (वाष्पीकरण के दौरान)। परिवर्तन के दौरान, गुप्त गर्मी चिपकने वाली ताकतों को बदलने के लिए जाएगी, थर्मल आंदोलन की तीव्रता नहीं बदलेगी, और परिणामस्वरूप तापमान स्थिर रहेगा। इस तरह के संक्रमण के साथ, विकार की डिग्री और इसलिए एन्ट्रापी बढ़ जाती है। यदि प्रक्रिया विपरीत दिशा में चलती है, तो गुप्त ऊष्मा निकलती है। पहले क्रम के चरण संक्रमणों में शामिल हैं: एक ठोस का तरल में परिवर्तन (पिघलना) और विपरीत प्रक्रिया (क्रिस्टलीकरण), तरल का वाष्प में बदलना (वाष्पीकरण, उबलना)। एक क्रिस्टल का दूसरे में संशोधन (बहुरूपी परिवर्तन)। दूसरे प्रकार के चरण संक्रमणों में शामिल हैं: एक सामान्य कंडक्टर का सुपरकंडक्टिंग अवस्था में संक्रमण, हीलियम -1 से सुपरफ्लुइड हीलियम -2, एक फेरोमैग्नेट का पैरामैग्नेटिक अवस्था में संक्रमण। लोहा, कोबाल्ट, निकल और गैडोलीनियम जैसी धातुएँ अत्यधिक चुम्बकित होने और लंबे समय तक चुम्बकित रहने की अपनी क्षमता के लिए जानी जाती हैं। इन्हें लौहचुम्बक कहा जाता है। अधिकांश धातुएं (क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुएं और संक्रमण धातुओं का एक महत्वपूर्ण हिस्सा) कमजोर रूप से चुंबकीय होती हैं और चुंबकीय क्षेत्र के बाहर इस स्थिति को बरकरार नहीं रखती हैं - वे अनुचुंबकीय हैं। दूसरे, तीसरे और इसी प्रकार के चरण परिवर्तन थर्मोडायनामिक क्षमता ∂ph के उन व्युत्पन्नों के क्रम से जुड़े होते हैं जो संक्रमण बिंदु पर परिमित माप का अनुभव करते हैं। चरण परिवर्तनों का यह वर्गीकरण सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी पॉल के काम से जुड़ा है अर्नेस्ट (1880 -1933)। इस प्रकार, दूसरे क्रम के चरण संक्रमण के मामले में, दूसरे क्रम के व्युत्पन्न अनुभव संक्रमण बिंदु पर कूदता है: निरंतर दबाव पर गर्मी क्षमता Cp=-T(∂ph 2 /∂T 2), संपीड़ितता β=-(1 /V 0)(∂ 2 f/ ∂p 2), थर्मल विस्तार गुणांक α=(1/V 0)(∂ 2 f/∂Tp), जबकि पहला व्युत्पन्न निरंतर रहता है। इसका मतलब है कि गर्मी का कोई विमोचन (अवशोषण) नहीं होगा और विशिष्ट मात्रा (φ - थर्मोडायनामिक क्षमता) में कोई बदलाव नहीं होगा।

चरण संतुलन की स्थिति चरण परिवर्तन के तापमान और दबाव के बीच एक निश्चित संबंध की विशेषता है। संख्यात्मक रूप से, चरण संक्रमणों के लिए यह निर्भरता क्लैपेरॉन-क्लॉसियस समीकरण द्वारा दी गई है: Dp/DT=q/TDV। कम तापमान पर अनुसंधान भौतिकी की एक अत्यंत महत्वपूर्ण शाखा है। तथ्य यह है कि इस तरह आप अराजक तापीय गति से जुड़े हस्तक्षेप से छुटकारा पा सकते हैं और घटना का "शुद्ध" रूप में अध्ययन कर सकते हैं। क्वांटम कानूनों का अध्ययन करते समय यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। आमतौर पर, अराजक तापीय गति के कारण, एक भौतिक मात्रा का उसके विभिन्न मूल्यों की एक बड़ी संख्या पर औसत किया जाता है और क्वांटम छलांग को "स्मियर" कर दिया जाता है।

कम तापमान (क्रायोजेनिक तापमान), भौतिकी और क्रायोजेनिक तकनीक में तापमान सीमा 120°K (0°c=273°K) से नीचे है; कार्नोट (हीट इंजन पर काम किया) और क्लॉसियस के काम ने गैसों और वाष्पों के गुणों, या तकनीकी थर्मोडायनामिक्स के अध्ययन की नींव रखी। 1850 में, क्लॉसियस ने देखा कि संतृप्त जलवाष्प फैलने पर आंशिक रूप से संघनित हो जाता है, और संपीड़ित होने पर अत्यधिक गरम अवस्था में चला जाता है। इस वैज्ञानिक अनुशासन के विकास में रेनू ने विशेष योगदान दिया। कमरे के तापमान पर गैस अणुओं की आंतरिक मात्रा गैस द्वारा व्याप्त मात्रा का लगभग एक हजारवां हिस्सा है। इसके अलावा, अणु उन दूरी से अधिक दूरी पर एक-दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं, जहां से उनका प्रतिकर्षण शुरू होता है।

एन्ट्रापी के विशिष्ट मूल्यों के बराबर, विपरीत चिह्न और आयतन के साथ लिया गया: (4.30) यदि चरण संतुलन को संतुष्ट करने वाले बिंदुओं पर:, विभिन्न चरणों के लिए रासायनिक क्षमता के पहले व्युत्पन्न एक असंतोष का अनुभव करते हैं:, (4.31) वे कहते हैं कि थर्मोडायनामिक प्रणाली पहले प्रकार के चरण संक्रमण का अनुभव कर रही है। पहले क्रम के चरण संक्रमण को चरण संक्रमण की गुप्त गर्मी की उपस्थिति की विशेषता है, ...

ओवर-लिफ्ट के विरुद्ध, शून्य और अधिकतम सुरक्षा। - ट्रंक में मध्यवर्ती बिंदुओं पर जहाजों को रोकने के लिए प्रदान करें। डिस्पैचर पर, लोडिंग डिवाइस के ऑपरेटर पर, लिफ्टिंग मशीन के भवन में लिफ्टिंग यूनिट के ऑपरेटिंग मोड के बारे में प्रकाश संकेत। स्वचालित उठाने वाले प्रतिष्ठानों के लिए आधुनिक समायोज्य डीसी इलेक्ट्रिक ड्राइव डीसी मोटर्स पर आधारित हैं...

44.5 सेमी, सी = 12 सेमी, ए = 20 सेमी, एल = 8 सेमी चुंबकीय प्रणाली की बल कार्रवाई का अनुमान क्षेत्र मापांक एच और उसके ढाल के उत्पाद के बराबर मूल्य से लगाया गया था। यह पाया गया कि जिस चुंबकीय प्रणाली पर हम विचार कर रहे हैं उसके क्षेत्र मापांक एच का वितरण एक स्पष्ट कोणीय निर्भरता की विशेषता है। इसलिए, फ़ील्ड मापांक एच की गणना संपूर्ण के लिए दो अलग-अलग चापों पर स्थित बिंदुओं के लिए 1° के चरणों में की गई थी...

प्रणाली में इसका "चरण चित्र" प्राप्त करना शामिल है (वोल्केंस्टीन, 1978)। यह सिस्टम की स्थिर अवस्थाओं और उनसे विचलित होने पर इसकी गतिशीलता की प्रकृति की पहचान करना संभव बनाता है। चरण पोर्ट्रेट की विधि का उपयोग प्रौद्योगिकी में अलग-अलग जटिलता की भौतिक प्रणालियों के व्यवहार का विश्लेषण और भविष्यवाणी करने के लिए और गणितीय पारिस्थितिकी में जनसंख्या गतिशीलता का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है (वोल्केंस्टीन, 1978; स्विरेज़ेव...

Src='https://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_0.jpg' alt='>चरण परिवर्तन">!}

Src='https://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_1.jpg' alt='>चरण संक्रमण के मुख्य प्रकार (भौतिक वर्गीकरण)">!}

Src='https://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_2.jpg' alt='>एकत्रीकरण उबलने (संक्षेपण) की स्थिति में बदलाव के साथ चरण संक्रमण ) पिघलना (क्रिस्टलीकरण ) उर्ध्वपातन"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_3.jpg' alt='>2. एलोट्रोपिक (बहुरूपी) चरण संक्रमण, बहुरूपी चरण संक्रमण केवल होते हैं ठोस समुच्चय में"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_4.jpg' alt='>3. फेरोइलेक्ट्रिक चरण संक्रमण पदार्थ ज्ञात होते हैं जिनके लिए, निश्चित रूप से स्थितियाँ शायद कुछ"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_5.jpg' alt='>4. चुंबकीय चरण संक्रमण पदार्थों का एक समूह ज्ञात है जिसमें उच्च स्वतःस्फूर्त चुम्बकत्व के बिना"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_6.jpg' alt='>5. फेरो-फेरोमैग्नेटिक चरण संक्रमण ऐसे ज्ञात पदार्थ हैं जो, कुछ निश्चित तापमानों पर ऑर्डर देखा जाता है"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_7.jpg' alt='>6. अतिचालक अवस्था में संक्रमण की घटना का सार अतिचालकता वह है जो विद्युत है"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_8.jpg' alt='>सुपरकंडक्टिंग अवस्था में संक्रमण के बढ़ते तापमान का कालक्रम उच्च तापमान सुपरकंडक्टर HgBa2CuO4+δ">!}

Src='https://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_9.jpg' alt='>2.19 K के तापमान पर, तरल हीलियम दो चरणों में अलग हो जाता है - HeI और 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_10.jpg' alt='>जैसा कि विचार किए गए उदाहरणों से देखा जा सकता है, बहुत अलग चीजें हो सकती हैं थर्मोडायनामिक प्रणाली एफपी में होता है।"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_11.jpg' alt='>एरेनफेस्ट के अनुसार चरण संक्रमणों का थर्मोडायनामिक वर्गीकरण">!}

Src='https://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_12.jpg' alt='>गिब्स ऊर्जा का पहला व्युत्पन्न, गिब्स ऊर्जा का दूसरा व्युत्पन्न और भौतिक मात्राएँ, उनसे संबंधित">!}

Src='https://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_13.jpg' alt='>पहले और दूसरे क्रम के चरण संक्रमण के दौरान थर्मोडायनामिक गुणों में परिवर्तन">!}

Src='https://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_14.jpg' alt='>प्रथम-क्रम चरण संक्रमण का थर्मोडायनामिक सिद्धांत आइए हम एक एकल पर विचार करें -घटक (अर्थात एक व्यक्तिगत पदार्थ से मिलकर) विषमांगी"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_15.jpg' alt='>इस प्रणाली के प्रत्येक आर चरण के लिए हम लिख सकते हैं थर्मोडायनामिक मापदंडों के संगत मान"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_16.jpg' alt='>आइए सरलता के लिए मान लें कि हमारी एक-घटक विषम प्रणाली में केवल 2 सह-अस्तित्व चरण।"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_17.jpg' alt='>हम इस निर्भरता के लिए एक स्पष्ट अभिव्यक्ति प्राप्त करेंगे। आइए लेते हैं इस बात को ध्यान में रखते हुए कि एक-घटक प्रणालियों में,"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_18.jpg' alt='>अभिव्यक्ति G=U+pV-TS के आधार पर, बाद में विभेदन हमें मिलता है: dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT आइए अभिव्यक्ति को ध्यान में रखें।"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_19.jpg' alt='>चरण परिवर्तन T,p=const पर होता है और इसके साथ होता है V1 से V2 तक आयतन में परिवर्तन।"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_20.jpg' alt='>इस प्रकार, टी और पी के बीच चरण संतुलन के अनुरूप एक कार्यात्मक कनेक्शन है .इसलिए, यदि"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_21.jpg' alt='>अंतिम दो समीकरणों को मिलाकर V2 -V1=ΔV को निरूपित करना ( दो चरणों के मोलर आयतन का अंतर),"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_22.jpg' alt='>पिघलने के लिए संघनित चरणों के बीच संक्रमण (संक्रमण क्रिस्टलीय चरण - तरल)"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_23.jpg' alt='>संक्रमण तरल - वाष्प (वाष्पीकरण) यदि चरण संक्रमण की स्थिति (पी, टी) आलोचनात्मक से काफी दूर हैं"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_24.jpg' alt='>संक्रमण क्रिस्टलीय चरण - वाष्प (ऊर्ध्वपातन) क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण वही लुक है, लेकिन"> Переход кристаллическая фаза – пар (сублимация) Уравнение Клаузиуса-Клапейрона имеет тот же вид, но вместо ΔHисп – энтальпия сублимации ΔHсуб:!}

Src='https://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_25.jpg' alt='>कभी-कभी संघनित चरण से संक्रमण के लिए क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण गैसीय चरण को अभिन्न रूप में लिखा गया है:"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_26.jpg' alt='>तो, हम अंतर में आ गए (और कुछ विशेष मामलों के लिए - और अभिन्न में)"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_27.jpg' alt='>क्रम के दौरान क्रिस्टल में दूसरे प्रकार के चरण परिवर्तन होते हैं बिंदु दोष (जब संरचना बदलती है"> 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://current5.com/pretacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_28.jpg' alt='>Landau का सिद्धांत मानता है कि सिस्टम के अलग-अलग चरण प्रत्येक चरण से भिन्न होते हैं अन्य भौतिक गुण,"> 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.!}

चरण संक्रमण,चरण परिवर्तन, व्यापक अर्थ में - किसी पदार्थ का एक से संक्रमण के चरणदूसरे को जब बाहरी परिस्थितियाँ बदलती हैं - तापमान, दबाव, चुंबकीय और विद्युत। फ़ील्ड, आदि; संकीर्ण अर्थ में - भौतिक में अचानक परिवर्तन बाहरी मापदंडों में निरंतर परिवर्तन के साथ गुण। "पीएच. पी." शब्द की दो व्याख्याओं के बीच अंतर निम्नलिखित उदाहरण से देखा जा सकता है। संकीर्ण अर्थ में, किसी पदार्थ का गैस चरण से प्लाज्मा चरण में संक्रमण (देखें)। प्लाज्मा)चूंकि, यह एफ. पी. नहीं है आयनीकरणगैस धीरे-धीरे होती है, लेकिन व्यापक अर्थ में यह एफ. पी. है। संकीर्ण अर्थ में देखा जाता है।

तापमान, दबाव या मान का मान. अन्य भौतिक वह मान जिस पर चरणबद्धता होती है उसे संक्रमण बिंदु कहा जाता है।

एफ.पी. दो प्रकार के होते हैं। पहली तरह की भौतिकी के साथ, ऐसे थर्मोडायनामिक पैरामीटर अचानक बदल जाते हैं। पदार्थ की विशेषताएं, जैसे घनत्व, घटकों की सांद्रता; प्रति इकाई द्रव्यमान में ऊष्मा की एक निश्चित मात्रा उत्सर्जित या अवशोषित होती है, जिसे कहा जाता है। संक्रमण की गर्मी. दूसरे प्रकार के एफ के साथ एक निश्चित भौतिकता है। संक्रमण बिंदु के एक तरफ शून्य के बराबर मान संक्रमण बिंदु से दूसरी तरफ की दूरी के साथ धीरे-धीरे (शून्य से) बढ़ता है। इस मामले में, घनत्व और सांद्रता लगातार बदलती रहती है, गर्मी जारी या अवशोषित नहीं होती है।

एफ. पी. प्रकृति में एक व्यापक घटना है। पहले प्रकार के भौतिकी में शामिल हैं: वाष्पीकरण और संघनन, पिघलना और जमना, ठोस चरण में ऊर्ध्वपातन और संघनन, ठोस पदार्थों में कुछ संरचनात्मक परिवर्तन, उदाहरण के लिए। शिक्षा मार्टेंसाईटलौह-कार्बन मिश्रधातु में। में प्रतिलौह चुम्बकचुंबकीय उप-जालों के चुंबकत्व के एक अक्ष के साथ, अक्ष के साथ निर्देशित बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में एक प्रकार I चरण बदलाव होता है। एक निश्चित फ़ील्ड मान पर, चुंबकीय उप-जाल के क्षण क्षेत्र की दिशा के लंबवत घूमते हैं (उप-जाल "पलट" होता है)। शुद्ध सुपरकंडक्टर्स में, एक चुंबकीय क्षेत्र सुपरकंडक्टिंग अवस्था से सामान्य अवस्था में पहले प्रकार के चरण परिवर्तन का कारण बनता है .

पर परम शून्यतापमान और एक निश्चित आयतन, सबसे कम ऊर्जा मूल्य वाला चरण थर्मोडायनामिक रूप से संतुलन है। इस मामले में पहली तरह की भौतिकी दबाव और बाहरी क्षेत्रों के उन मूल्यों पर होती है जिन पर दो अलग-अलग चरणों की ऊर्जा की तुलना की जाती है। यदि आप शरीर का आयतन ठीक नहीं करते हैं वी,और दबाव आर,फिर थर्मोडायनामिक अवस्था में। संतुलन, न्यूनतम गिब्स ऊर्जा Ф (या G) है, और चरण संतुलन में संक्रमण बिंदु पर Ф के समान मान वाले चरण होते हैं .

कम दबाव पर कई पदार्थ क्रिस्टलीकृत होकर ढीली-ढाली संरचनाओं में बदल जाते हैं। उदाहरण के लिए, क्रिस्टलीय हाइड्रोजनएक दूसरे से अपेक्षाकृत बड़ी दूरी पर स्थित अणुओं से मिलकर बनता है; संरचना ग्रेफाइटकार्बन परमाणुओं की व्यापक दूरी वाली परतों की एक श्रृंखला है। पर्याप्त उच्च दबाव पर, ऐसी ढीली संरचनाएं गिब्स ऊर्जा के बड़े मूल्यों के अनुरूप होती हैं। इन शर्तों के तहत, संतुलन क्लोज-पैक चरण Ф के छोटे मूल्यों के अनुरूप होते हैं। इसलिए, उच्च दबाव पर, ग्रेफाइट परिवर्तित हो जाता है हीरा,और आणविक क्रिस्टलीय। हाइड्रोजन को परमाणु (धात्विक) बनना होगा। क्वांटम तरल पदार्थ 3He और 4He सामान्य दबाव पर प्राप्त न्यूनतम तापमान (T ~ 0.001 K) तक तरल बने रहते हैं। इसका कारण कणों की कमजोर अंतःक्रिया और टेम्पो-पैक्स पर निरपेक्ष के करीब उनके दोलनों का बड़ा आयाम है। शून्य (तथाकथित शून्य दोलन ). हालाँकि, दबाव में वृद्धि (20 तक)। एटीएम T = 0 K) पर तरल हीलियम जम जाता है। एक गैर-शून्य तापमान-पैक्स और दिए गए दबाव और तापमान पर, न्यूनतम गिब्स ऊर्जा वाला चरण अभी भी संतुलन में है (न्यूनतम ऊर्जा जिसमें से दबाव बलों का काम और सिस्टम को दी गई गर्मी की मात्रा घटा दी जाती है)।

पहली तरह की भौतिकी की विशेषता पहली तरह की भौतिकी के वक्र के पास मेटास्टेबल संतुलन के एक क्षेत्र के अस्तित्व से होती है (उदाहरण के लिए, किसी तरल को क्वथनांक से ऊपर के तापमान तक गर्म किया जा सकता है या हिमांक से नीचे सुपरकूल किया जा सकता है)। मेटास्टेबल अवस्थाएँकाफी लंबे समय से मौजूद हैं, इस कारण से कि एफ (थर्मोडायनामिक रूप से अधिक अनुकूल) के कम मूल्य के साथ एक नए चरण का गठन इस चरण के नाभिक की उपस्थिति के साथ शुरू होता है। नाभिक के निर्माण के दौरान Ф के मान में वृद्धि उसके आयतन के समानुपाती होती है, और हानि सतह क्षेत्र (मान) के समानुपाती होती है सतही ऊर्जा)।उत्पन्न होने वाले छोटे भ्रूण बढ़ जाते हैं एफ,और इसलिए अत्यधिक संभावना के साथ वे कम हो जाएंगे और गायब हो जाएंगे। हालाँकि, जो नाभिक एक निश्चित महत्वपूर्ण आकार तक पहुँच चुके हैं वे बढ़ते हैं, और संपूर्ण पदार्थ एक नए चरण में चला जाता है। भ्रूण का निर्माण महत्वपूर्ण है। आकार एक बहुत ही असंभावित प्रक्रिया है और बहुत कम ही घटित होती है। न्यूक्लियेशन की संभावना महत्वपूर्ण है. यदि पदार्थ में विदेशी स्थूल समावेशन हो तो आकार बढ़ जाता है। आकार (उदाहरण के लिए, तरल में धूल के कण)। बहुत करीब से महत्वपूर्ण बिन्दूसंतुलन चरणों के बीच अंतर और सतह ऊर्जा में कमी से बड़े आकार और विचित्र आकृतियों के नाभिक आसानी से बन जाते हैं, जो पदार्थ के गुणों को प्रभावित करते हैं .

चरण II प्रकारों के उदाहरण पैरामैग्नेटिक-फेरोमैग्नेटिक संक्रमण के दौरान चुंबक में चुंबकीय क्षण की उपस्थिति (प्रत्येक मामले में निर्धारित तापमान से नीचे), पैरामैग्नेटिक-फेरोमैग्नेटिक संक्रमण के दौरान एंटीफेरोमैग्नेटिक ऑर्डरिंग हैं। प्रतिलौहचुंबक,धातुओं और मिश्र धातुओं में अतिचालकता का उद्भव, 4 He और 3 He में अतितरलता का उद्भव, मिश्र धातुओं का क्रम, पैराइलेक्ट्रिक संक्रमण के दौरान पदार्थ के सहज ध्रुवीकरण की उपस्थिति फेरोइलेक्ट्रिकवगैरह।

एल.डी. लेन्डौ(1937) ने समरूपता परिवर्तन के बिंदुओं के रूप में दूसरे प्रकार के सभी चरणों की एक सामान्य व्याख्या प्रस्तावित की: संक्रमण बिंदु के ऊपर, सिस्टम में संक्रमण बिंदु के नीचे की तुलना में अधिक समरूपता होती है। उदाहरण के लिए, एक चुंबक में, संक्रमण बिंदु के ऊपर, प्राथमिक चुंबकीय क्षणों की दिशा (घूमता है)कण अव्यवस्थित रूप से वितरित होते हैं। इसलिए, सभी स्पिनों के एक साथ घूमने से भौतिकी में कोई बदलाव नहीं आता है। सिस्टम के गुण. संक्रमण बिंदु के नीचे, पीठ का एक पसंदीदा अभिविन्यास होता है। उनका एक साथ घूमने से सिस्टम के चुंबकीय क्षण की दिशा बदल जाती है। एक अन्य उदाहरण: दो-घटक मिश्र धातु में, जिसके परमाणु ए और बीएक साधारण घन के नोड्स पर स्थित है क्रिस्टल लैटिस,एक अव्यवस्थित स्थिति को जाली स्थलों पर ए और बी परमाणुओं के अराजक वितरण की विशेषता है, ताकि एक अवधि में जाली बदलाव से इसके गुणों में बदलाव न हो। संक्रमण बिंदु के नीचे, मिश्र धातु के परमाणुओं को क्रम में व्यवस्थित किया जाता है: ...अबाव...एक अवधि के अनुसार ऐसी जाली के बदलाव से सभी ए परमाणुओं का प्रतिस्थापन बी या इसके विपरीत होता है। परमाणुओं की व्यवस्था में क्रम स्थापित होने के परिणामस्वरूप जाली की समरूपता कम हो जाती है।

समरूपता स्वयं प्रकट होती है और अचानक गायब हो जाती है। हालाँकि, विषमता (ऑर्डर पैरामीटर) को दर्शाने वाली मात्रा लगातार बदल सकती है। दूसरे प्रकार के चरणों के लिए, ऑर्डर पैरामीटर संक्रमण बिंदु के ऊपर और संक्रमण बिंदु पर शून्य के बराबर है। उदाहरण के लिए, लौहचुंबक का चुंबकीय क्षण इसी प्रकार व्यवहार करता है। फेरोइलेक्ट्रिक ध्रुवीकरण, तरल में सुपरफ्लुइड घटक का घनत्व 4 He, एक परमाणु का पता लगाने की संभावना एसंगत क्रिस्टलीय नोड में. दो-घटक मिश्र धातु झंझरी, आदि।

दूसरे प्रकार के भौतिकी को घनत्व, एकाग्रता और संक्रमण की गर्मी में उछाल की अनुपस्थिति की विशेषता है। लेकिन ठीक वैसी ही तस्वीर क्रिटिकल में देखने को मिलती है. प्रथम प्रकार के चरण फलन के वक्र पर बिंदु . समानता बहुत गहरी निकलती है. लगभग गंभीर बिंदु, पदार्थ की स्थिति को एक मात्रा द्वारा चित्रित किया जा सकता है जो ऑर्डर पैरामीटर की भूमिका निभाता है। उदाहरण के लिए, गंभीर स्थिति में तरल-वाष्प संतुलन वक्र पर बिंदु औसत मूल्य से घनत्व का विचलन हैं। गंभीर स्थिति में गाड़ी चलाते समय आइसोचोरउच्च तापमान पक्ष पर, गैस सजातीय है, और यह मान शून्य है। नीचे क्रांतिक तापमानपदार्थ को दो चरणों में स्तरीकृत किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक में क्रांतिक चरण से घनत्व का विचलन शून्य के बराबर नहीं होता है। चूँकि दूसरे प्रकार के चरण चरण बिंदु के निकट एक दूसरे से बहुत कम भिन्न होते हैं, इसलिए एक चरण के बड़े नाभिकों का दूसरे चरण में निर्माण संभव है (उतार-चढ़ाव),बिल्कुल क्रिटिकल के समान। अंक. इसके साथ कई आलोचनाएं जुड़ी हुई हैं. दूसरे प्रकार के चरण II के दौरान घटनाएँ: फेरोमैग्नेट्स की चुंबकीय संवेदनशीलता और फेरोइलेक्ट्रिक्स के ढांकता हुआ स्थिरांक में अनंत वृद्धि (एक एनालॉग तरल-वाष्प महत्वपूर्ण बिंदु के पास संपीड़ितता में वृद्धि है), गर्मी क्षमता में अनंत वृद्धि, असामान्य बिखराव विद्युत चुम्बकीय तरंगों का [तरल और वाष्प में प्रकाश , ठोस पदार्थों में एक्स-रे], लौहचुम्बक में न्यूट्रॉन। गतिशील घटनाएँ भी महत्वपूर्ण रूप से बदलती हैं, जो परिणामी उतार-चढ़ाव के बहुत धीमी गति से अवशोषण से जुड़ी होती हैं। उदाहरण के लिए, क्रिटिकल के निकट तरल-वाष्प बिंदु रेले रेखा को संकीर्ण करता है प्रकाश बिखरना,बंद करना क्यूरी अंकलौह चुम्बक और नील अंकएंटीफेरोमैग्नेट स्पिन प्रसार धीमा हो जाता है आदि। बुध। उतार-चढ़ाव का आकार (सहसंबंध त्रिज्या) आरजैसे-जैसे यह दूसरे प्रकार के चरण II के बिंदु के करीब पहुंचता है, बढ़ता जाता है और इस बिंदु पर असीम रूप से बड़ा हो जाता है।

दूसरी तरह की भौतिक घटनाओं और महत्वपूर्ण घटनाओं के सिद्धांत की आधुनिक उपलब्धियाँ समानता परिकल्पना पर आधारित हैं। ऐसा माना जाता है कि यदि हम स्वीकार करते हैं आरलंबाई की माप की प्रति इकाई, और औसत। किनारे वाले सेल के ऑर्डर पैरामीटर का मान आर-ऑर्डर पैरामीटर की माप की प्रति इकाई, तो संपूर्ण उतार-चढ़ाव पैटर्न या तो संक्रमण बिंदु की निकटता या विशिष्ट पदार्थ पर निर्भर नहीं करेगा। सब कुछ थर्मोडायनामिक है. मात्राएँ शक्ति फलन हैं आर।घातांक को क्रांतिक आयाम (सूचकांक) कहा जाता है। वे विशिष्ट पदार्थ पर निर्भर नहीं होते हैं और केवल ऑर्डर पैरामीटर की प्रकृति से निर्धारित होते हैं। उदाहरण के लिए, एक आइसोट्रोपिक सामग्री के क्यूरी बिंदु पर आयाम, जिसका क्रम पैरामीटर चुंबकीयकरण वेक्टर है, महत्वपूर्ण बिंदु पर आयामों से भिन्न होता है। बिंदु तरल - वाष्प या एक अक्षीय चुंबक के क्यूरी बिंदु पर, जहां ऑर्डर पैरामीटर एक अदिश राशि है।

संक्रमण बिंदु के निकट स्थिति के समीकरणएक कानून का विशिष्ट स्वरूप है संगत राज्य.उदाहरण के लिए, क्रिटिकल के निकट बिंदु तरल-वाष्प अनुपात (पी - पी के) / (पी एल - पी जी) केवल (पी - पी के) / (पी एल - आर जी) * पर निर्भर करता है के टी(यहां पी - घनत्व, पी के - क्रांतिक घनत्व, पी एल - तरल घनत्व, पी जी - गैस घनत्व, आर -दबाव, पी के - गंभीर दबाव, के टी -इज़ोटेर्माल संपीड्यता),इसके अलावा, उपयुक्त पैमाने के विकल्प के साथ निर्भरता का प्रकार सभी तरल पदार्थों के लिए समान है .

सैद्धांतिक विज्ञान में काफी प्रगति हुई है। क्रिटिकल की गणना राज्य के आयाम और समीकरण प्रयोगात्मक डेटा के साथ अच्छे अनुरूप हैं।

दूसरे प्रकार के भौतिकी के सिद्धांत का आगे का विकास क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के तरीकों, विशेष रूप से पुनर्सामान्यीकरण समूह विधि के उपयोग से जुड़ा है। यह विधि, सैद्धांतिक रूप से, किसी भी आवश्यक सटीकता के साथ महत्वपूर्ण सूचकांक खोजने की अनुमति देती है।

भौतिकी को दो प्रकारों में विभाजित करना कुछ हद तक मनमाना है, क्योंकि पहली तरह की भौतिकी में ताप क्षमता और अन्य मात्राओं में छोटी छलांग और अत्यधिक विकसित उतार-चढ़ाव के साथ संक्रमण की छोटी ऊष्मा होती है। एक भौतिक घटना एक सामूहिक घटना है जो तापमान और अन्य मात्राओं के कड़ाई से परिभाषित मूल्यों पर केवल एक प्रणाली में होती है, जिसमें सीमा में, मनमाने ढंग से बड़ी संख्या में कण होते हैं।

लिट.: लैंडौ एल.डी., लाइफशिट्स ई.एम., सांख्यिकीय भौतिकी, दूसरा संस्करण, एम., 1964 (सैद्धांतिक भौतिकी, खंड 5); लांडौ एल.डी., अख़िएज़र ए.आई., लिफ्शिट्स ई.एम., सामान्य भौतिकी का पाठ्यक्रम। यांत्रिकी और आणविक भौतिकी, दूसरा संस्करण, एम., 1969; ब्रेट आर., चरण परिवर्तन, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम., 1967;फिशर एम., द नेचर ऑफ क्रिटिकल कंडीशन, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम., 1968; स्टेनली जी., चरण परिवर्तन और महत्वपूर्ण घटनाएँ, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम., 1973; अनिसिमोव एम.ए., तरल पदार्थों में महत्वपूर्ण घटनाओं का अध्ययन, "भौतिक विज्ञान में प्रगति", 1974, वी. 114, वी. 2; पटाशिंस्की ए.जेड., पोक्रोव्स्की वी.एल., चरण संक्रमण का उतार-चढ़ाव सिद्धांत, एम., 1975; क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत और चरण संक्रमण की भौतिकी, ट्रांस। अंग्रेज़ी से, एम., 1975 (मौलिक भौतिकी का समाचार, अंक 6); विल्सन के., कोगुट जे., रेनॉर्मलाइज़ेशन ग्रुप और एस-विस्तार, ट्रांस। अंग्रेज़ी से, एम., 1975 (मौलिक भौतिकी के समाचार, वी. 5)।

में। एल पोक्रोव्स्की।

टीएसबी सामग्री पर आधारित।

बेलौसोवा यूलिया, कोबन अनास्तासिया

कार्य पदार्थ के चरण परिवर्तन का वर्णन करता है। चरण संतुलन. पिघलना, क्रिस्टलीकरण, वाष्पीकरण, संघनन।

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भौतिकी में अनुसंधान कार्य: पदार्थ का चरण संक्रमण

योजना: वस्तु क्षेत्र और कार्य की वस्तु अध्ययन की प्रासंगिकता अध्ययन का उद्देश्य और उद्देश्य चरण संक्रमण के बारे में प्रारंभिक जानकारी से परिचित होना चरण संक्रमण के प्रकार चरण संतुलन चरण संक्रमण में प्रक्रियाएं निष्कर्ष

ऑब्जेक्ट डोमेन भौतिकी ब्रह्मांड का विज्ञान है, जो हमें अपने आसपास की प्रक्रियाओं पर उसकी सभी सूक्ष्मताओं पर विचार करने और समझने की अनुमति देता है। “सबसे खूबसूरत चीज़ जो हम अनुभव कर सकते हैं वह है समझ से परे। यह सच्ची कला और विज्ञान के स्रोत के रूप में कार्य करता है।

अध्ययन का उद्देश्य इस क्षेत्र में अध्ययन के उद्देश्य के लिए, हम पदार्थ के चरण संक्रमण की प्रक्रिया पर विचार करेंगे।

विषय की प्रासंगिकता यह विषय दिलचस्प और प्रासंगिक है क्योंकि हाल के वर्षों में विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में चरण संक्रमणों का व्यापक उपयोग सर्वविदित है। चरण परिवर्तन को भौतिक प्रभावों को लागू करने के सबसे व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण तरीकों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि चरण संक्रमण: अक्सर पेटेंट और व्यावहारिक समाधानों में उपयोग किया जाता है।

कार्य का उद्देश्य: विभिन्न प्रकार के चरण संतुलन और एक चरण से दूसरे चरण में पदार्थ के संक्रमण की प्रक्रियाओं की भौतिक विशेषताओं के बारे में आधुनिक विज्ञान की बुनियादी अवधारणाओं से खुद को परिचित करना।

उद्देश्य: चरण संक्रमण की अवधारणा पर विचार; चरण संक्रमण के प्रकार और मुख्य विशेषताओं की पहचान; चरण संतुलन की स्थापना;

चरण संक्रमण की अवधारणा चरण संक्रमण, चरण परिवर्तन, व्यापक अर्थ में, बाहरी स्थितियों - तापमान, दबाव, चुंबकीय और विद्युत क्षेत्र आदि में परिवर्तन होने पर किसी पदार्थ का एक चरण से दूसरे चरण में संक्रमण होता है। एक संकीर्ण अर्थ में, यह बाहरी मापदंडों में निरंतर परिवर्तन के साथ भौतिक गुणों में अचानक परिवर्तन है।

चरण संक्रमण के प्रकार चरण संक्रमण को प्रकार I और II में विभाजित किया जाता है। किसी पदार्थ की समग्र अवस्था में परिवर्तन को प्रथम क्रम का चरण संक्रमण कहा जाता है यदि: 1) पूरे संक्रमण के दौरान तापमान स्थिर रहता है। 2) सिस्टम का आयतन बदल जाता है। 3) सिस्टम की एन्ट्रापी बदल जाती है। दूसरे क्रम के चरण संक्रमण वे चरण संक्रमण होते हैं जिनमें दबाव और तापमान के संबंध में थर्मोडायनामिक क्षमता का पहला व्युत्पन्न लगातार बदलता रहता है, जबकि उनके दूसरे व्युत्पन्न में उछाल का अनुभव होता है। विशेष रूप से, यह इस प्रकार है कि दूसरे क्रम के चरण संक्रमण के दौरान किसी पदार्थ की ऊर्जा और मात्रा में परिवर्तन नहीं होता है, लेकिन इसकी ताप क्षमता, संपीड़ितता, विभिन्न संवेदनशीलताएं आदि बदल जाती हैं।

चरण चरण आरेख संक्रमण तरल और गैसीय चरणों के पहले और दूसरे क्रम की सीमाओं को दर्शाता है

चरण संतुलन चरण संतुलन की स्थिति ऊष्मागतिकी के प्रमेयों से प्राप्त की जा सकती है। जब प्रणाली संतुलन में होती है, तो उसके सभी चरणों का तापमान और दबाव समान होते हैं। यदि उन्हें स्थिर रखा जाता है, तो सिस्टम की थर्मोडायनामिक क्षमता केवल घट सकती है। संतुलन पर, यह न्यूनतम मान ले लेता है। मान लीजिए m 1 पहले चरण का द्रव्यमान है, और m 2 दूसरे चरण का द्रव्यमान है।  1 और  2 इन चरणों में पदार्थ की विशिष्ट थर्मोडायनामिक क्षमताएं हैं। पूरे सिस्टम की थर्मोडायनामिक क्षमता को Ф = m 1  1 + m 2  2 के रूप में दर्शाया गया है। यदि  1   2, तो चरण 1 का चरण 2 में कोई भी परिवर्तन इस परिवर्तन के साथ होता है तब तक घटित होगा जब तक संपूर्ण चरण 1 अधिक स्थिर चरण 2 में नहीं चला जाता। तब सिस्टम एकल-चरण बन जाएगा, और इसकी थर्मोडायनामिक क्षमता न्यूनतम मान m  2 तक पहुंच जाएगी। इसके विपरीत, यदि  1   2, तो चरण 2 अंततः चरण 1 में बदल जाएगा। केवल शर्त के तहत  1 (पी, टी) =  2 (पी, टी) (1) चरण संतुलन में होंगे एक दूसरे। इस प्रकार, चरण संतुलन की शर्त उनकी विशिष्ट थर्मोडायनामिक क्षमता की समानता है।

कार्बन डाइऑक्साइड चरण संतुलन आरेख:

शर्त (1) का अर्थ यह है कि किसी भी चरण परिवर्तन के दौरान विशिष्ट थर्मोडायनामिक क्षमता का मूल्य अपरिवर्तित रहता है। इस प्रकार, किसी पदार्थ की अवस्था में सभी परिवर्तनों के साथ, इसकी विशिष्ट थर्मोडायनामिक क्षमता हमेशा लगातार बदलती रहती है

चरण संक्रमण में प्रक्रियाओं पर विचार करें: वाष्पीकरण और संघनन पिघलना और क्रिस्टलीकरण तरल का उबलना और अत्यधिक गरम होना

वाष्पीकरण और संघनन किसी तरल पदार्थ का गैसीय अवस्था में परिवर्तन वाष्पीकरण कहलाता है, किसी ठोस का गैसीय अवस्था में परिवर्तन ऊर्ध्वपातन कहलाता है। किसी पदार्थ के एक इकाई द्रव्यमान को वाष्प में बदलने के लिए उसे जो ऊष्मा प्रदान की जानी चाहिए, जो उसी तापमान पर होती है जो वाष्पीकरण से पहले पदार्थ के तापमान पर थी, वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा कहलाती है। संघनन के दौरान, वाष्पीकरण के दौरान खोई गई गर्मी वापस मिल जाती है: संघनन के दौरान बनने वाला तरल गर्म हो जाता है। जो वाष्प अपने तरल पदार्थ के साथ संतुलन में होता है उसे संतृप्त कहा जाता है। जिस दबाव पर संतुलन होता है उसे संतृप्त वाष्प दबाव कहा जाता है।

किसी भी तरल का वाष्पीकरण आरेख में कुछ प्रकार के तरल पदार्थों का वाष्पीकरण

पिघलना और क्रिस्टलीकरण किसी क्रिस्टलीय पिंड का तरल अवस्था में संक्रमण प्रत्येक पदार्थ के लिए विशिष्ट तापमान पर होता है और इसके लिए एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा के व्यय की आवश्यकता होती है, जिसे संलयन की ऊष्मा कहा जाता है। पिघलने का तापमान दबाव पर निर्भर करता है। इस प्रकार, क्रिस्टलीय से तरल अवस्था में संक्रमण बहुत विशिष्ट परिस्थितियों में होता है, जो दबाव और तापमान मूल्यों की विशेषता होती है। इन मानों का सेट (पी, टी) आरेख पर वक्र से मेल खाता है, जिसे आमतौर पर पिघलने वाला वक्र कहा जाता है

पिघलने के विपरीत क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया निम्नानुसार आगे बढ़ती है। जब एक तरल को ऐसे तापमान पर ठंडा किया जाता है जिस पर ठोस और तरल चरण एक दिए गए दबाव पर संतुलन में हो सकते हैं (यानी, उसी तापमान पर जिस पर पिघलना हुआ), तो तथाकथित नाभिक या क्रिस्टलीकरण के आसपास क्रिस्टल की एक साथ वृद्धि शुरू हो जाती है केन्द्रों. अधिक से अधिक बढ़ते हुए, व्यक्तिगत क्रिस्टल अंततः एक साथ बंद हो जाते हैं, जिससे एक पॉलीक्रिस्टलाइन ठोस बनता है। क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया के साथ उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है जो पिघलने के दौरान अवशोषित होती है।

गलन

आरेख: पिघलना-क्रिस्टलीकरण

किसी तरल पदार्थ का उबलना और अधिक गर्म होना यदि किसी बर्तन में तरल को तरल की मुक्त सतह से लगातार बाहरी दबाव पर गर्म किया जाता है। वाष्प बनने की इस प्रक्रिया को वाष्पीकरण कहते हैं। एक निश्चित तापमान तक पहुंचने पर, जिसे क्वथनांक कहा जाता है, भाप का निर्माण न केवल मुक्त सतह से होने लगता है, भाप के बुलबुले बढ़ते हैं और सतह पर उठते हैं, अपने साथ तरल भी ले जाते हैं। वाष्पीकरण की प्रक्रिया उग्र हो जाती है। इस घटना को उबलना कहा जाता है। अत्यधिक गर्म पानी प्राप्त किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, चिकनी दीवारों वाले क्वार्ट्ज फ्लास्क में। फ्लास्क को पहले सल्फ्यूरिक, नाइट्रिक या किसी अन्य एसिड से और फिर आसुत जल से अच्छी तरह धो लें। धुले हुए फ्लास्क में आसुत जल डाला जाता है, जिसे लंबे समय तक उबालने से उसमें घुली हवा निकल जाती है। इसके बाद, फ्लास्क में पानी को गैस बर्नर पर क्वथनांक से काफी अधिक तापमान पर गर्म किया जा सकता है, और फिर भी यह उबलेगा नहीं, बल्कि केवल मुक्त सतह से तीव्रता से वाष्पित हो जाएगा। केवल कभी-कभी ही फ्लास्क के तल पर वाष्प का बुलबुला बनता है, जो तेजी से बढ़ता है, तली से अलग हो जाता है और तरल की सतह पर आ जाता है, और ऊपर उठने पर इसका आकार बहुत बढ़ जाता है। फिर पानी काफी देर तक शांत रहता है. यदि ऐसे पानी में एक गैसीय रोगाणु डाला जाता है, उदाहरण के लिए, एक चुटकी चाय फेंकने से, तो यह हिंसक रूप से उबल जाएगा, और इसका तापमान जल्दी से उबलते बिंदु तक गिर जाएगा। यह प्रभावी अनुभव विस्फोटक है.

न्यूक्लियेट उबलने पर पानी का उबलने का तापमान

निष्कर्ष इस कार्य ने उन प्रक्रियाओं के बारे में अधिक जानना संभव बना दिया जो तब होती हैं जब किसी पदार्थ की एक अवस्था दूसरी अवस्था में गुजरती है, प्रत्येक चरण और अवस्था में क्या विशेषताएं होती हैं। अपने आस-पास की प्रक्रियाओं को देखकर हम केवल मूल सिद्धांत को जानकर ही आसानी से बता सकते हैं कि यह कैसे होता है। इसलिए, भौतिकी हमें प्राकृतिक विज्ञान के अधिकांश नियमों को जानने में मदद करती है जो भविष्य में हमारी मदद करेंगे।

अवधारणा चरण थर्मोडायनामिक्स में, उन्हें एकत्रीकरण की अवस्थाओं की तुलना में व्यापक अर्थ में माना जाता है। के अनुसार चरण थर्मोडायनामिक्स में हम किसी पदार्थ की थर्मोडायनामिक रूप से संतुलन स्थिति को समझते हैं, जो उसी पदार्थ की अन्य संभावित संतुलन स्थितियों से भौतिक गुणों में भिन्न होती है।. कभी-कभी किसी पदार्थ की गैर-संतुलन मेटास्टेबल स्थिति को चरण भी कहा जाता है, लेकिन मेटास्टेबल। किसी पदार्थ के चरण संरचनात्मक कणों की गति की प्रकृति और एक क्रमबद्ध संरचना की उपस्थिति या अनुपस्थिति में भिन्न हो सकते हैं। विभिन्न क्रिस्टलीय चरण क्रिस्टल संरचना, विद्युत चालकता, विद्युत और चुंबकीय गुणों आदि के प्रकार में एक दूसरे से भिन्न हो सकते हैं। तरल चरण घटकों की एकाग्रता, अतिचालकता की उपस्थिति या अनुपस्थिति आदि में एक दूसरे से भिन्न होते हैं।

किसी पदार्थ का एक चरण से दूसरे चरण में संक्रमण कहलाता है चरण संक्रमण . चरण संक्रमण में वाष्पीकरण और पिघलने, संघनन और क्रिस्टलीकरण आदि की घटनाएं शामिल हैं। दो-चरण प्रणाली में, चरण एक ही तापमान पर संतुलन में होते हैं। जैसे-जैसे आयतन बढ़ता है, कुछ तरल वाष्प में बदल जाता है, लेकिन एक स्थिर तापमान बनाए रखने के लिए, बाहर से एक निश्चित मात्रा में गर्मी स्थानांतरित करना आवश्यक होता है। इस प्रकार, तरल चरण से गैसीय प्रणाली में संक्रमण को प्रभावित करने के लिए, सिस्टम के तापमान को बदले बिना गर्मी स्थानांतरित करना आवश्यक है। यह ऊष्मा पदार्थ की चरण अवस्था को बदलने के लिए जाती है और कहलाती है चरण परिवर्तन की ऊष्मा या संक्रमण की गुप्त ऊष्मा . बढ़ते तापमान के साथ, किसी पदार्थ के निश्चित द्रव्यमान के संक्रमण की गुप्त ऊष्मा कम हो जाती है, और क्रांतिक तापमान पर यह शून्य के बराबर होती है। चरण संक्रमण को चिह्नित करने के लिए, चरण संक्रमण की विशिष्ट ऊष्मा का उपयोग किया जाता है। चरण संक्रमण की विशिष्ट ऊष्मा किसी पदार्थ के प्रति इकाई द्रव्यमान में गुप्त ऊष्मा की मात्रा है।

संक्रमण की गुप्त ऊष्मा के अवशोषण या विमोचन के साथ चरण संक्रमण कहलाते हैं प्रथम क्रम चरण परिवर्तन . इस मामले में, आंतरिक ऊर्जा और घनत्व अचानक बदल जाता है। अधिक व्यवस्थित अवस्था से कम क्रम वाली अवस्था में जाने पर एन्ट्रापी बढ़ जाती है। तालिका प्रथम-क्रम चरण संक्रमण और उनकी मुख्य विशेषताओं को दर्शाती है।

मेज़। प्रथम रेड के चरण परिवर्तन और उनकी मुख्य विशेषताएं .

साथ उस दबाव के बीच एक संबंध है जिस पर दो-चरण प्रणाली संतुलन में होती है और प्रथम-क्रम चरण संक्रमण के दौरान तापमान होता है। इस संबंध का वर्णन किया गया है . आइए बंद प्रणालियों के लिए इस समीकरण की व्युत्पत्ति पर विचार करें। यदि सिस्टम में कणों की संख्या स्थिर है, तो थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम के अनुसार, आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन, अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित किया जाता है:। चरणों के बीच संतुलन तब होगा जब टी 1 = टी 2 और पी 1 = पी 2। आइए हम एक अतिसूक्ष्म प्रतिवर्ती कार्नोट चक्र (चित्र 6.8) पर विचार करें, जिसकी समताप रेखाएँ तापमान T और dT पर दो-चरण प्रणाली की स्थिति के अनुरूप हैं। चूंकि राज्य पैरामीटर असीम रूप से कम बदलते हैं, चित्र 6.8 में इज़ोटेर्म और एडियाबेट्स को सीधी रेखाओं के रूप में दिखाया गया है। ऐसे चक्र में दबाव dP की मात्रा से बदलता है। प्रति चक्र सिस्टम का संचालन सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:
. आइए मान लें कि चक्र उस प्रणाली के लिए कार्यान्वित किया जाता है जिसके पदार्थ का द्रव्यमान एक के बराबर है। ऐसे प्राथमिक कार्नोट चक्र की दक्षता सूत्रों द्वारा निर्धारित की जा सकती है:
या
, कहाँ एल पी– वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा. इन समानताओं के दाहिने पक्षों की बराबरी करने और दबाव और आयतन के माध्यम से कार्य के लिए अभिव्यक्ति को प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:
. आइए हम दबाव में परिवर्तन को तापमान में परिवर्तन के साथ सहसंबंधित करें और प्राप्त करें:

(6.23)

समीकरण (6.23) कहा जाता है क्लैपेरॉन-क्लॉसियस समीकरण . इस समीकरण का विश्लेषण करते हुए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, दबाव बढ़ता है। यह इस तथ्य से पता चलता है कि
, और इसलिए
.

क्लैपेरॉन-क्लॉसियस समीकरण न केवल तरल-वाष्प संक्रमण पर लागू होता है। यह सभी प्रथम-क्रम संक्रमणों पर लागू होता है। सामान्य तौर पर, इसे इस प्रकार लिखा जा सकता है:

(6.24)

क्लैपेरॉन-क्लॉसियस समीकरण का उपयोग करके, हम पी, टी निर्देशांक (चित्र 6.9) में सिस्टम का एक राज्य आरेख प्रस्तुत कर सकते हैं। इस आरेख में, वक्र 1 ऊर्ध्वपातन वक्र है। यह दो चरणों की संतुलन स्थिति से मेल खाता है: ठोस और वाष्प। इस वक्र के बाईं ओर स्थित बिंदु एकल-चरण ठोस अवस्था की विशेषता बताते हैं। दाईं ओर के बिंदु वाष्प अवस्था को दर्शाते हैं। वक्र 2 - पिघलने वाला वक्र। यह दो चरणों की संतुलन स्थिति से मेल खाता है: ठोस और तरल। इस वक्र के बाईं ओर स्थित बिंदु एकल-चरण ठोस अवस्था की विशेषता बताते हैं। वक्र 3 तक इसके दाहिनी ओर स्थित बिंदु तरल अवस्था को दर्शाते हैं। वक्र 3 - वाष्पीकरण वक्र। यह दो चरणों की संतुलन स्थिति से मेल खाता है: तरल और वाष्प। इस वक्र के बाईं ओर स्थित बिंदु एकल-चरण तरल अवस्था की विशेषता बताते हैं। दाईं ओर के बिंदु वाष्प अवस्था को दर्शाते हैं। वक्र 3, वक्र 1 और 2 के विपरीत, दोनों तरफ सीमित है। एक तरफ - एक ट्रिपल डॉट टी.आर., दूसरी ओर - क्रांतिक बिंदु K (चित्र 6.9)। तीन बिंदु एक साथ तीन चरणों की संतुलन स्थिति का वर्णन करता है: ठोस, तरल और वाष्प।