Նյութի փուլային անցումներ. Իրական համակարգեր և փուլային անցումներ Սեղանի ճնշումը տարբեր նյութերի փուլային անցումների ժամանակ

2. Առաջին և երկրորդ կարգի փուլային անցումներ…………………………..4

3. Իդեալական գազ…………………………………………………………….7

4. Իրական գազ……………………………………………………………...8

5. Կրիտիկական երեւույթների մոլեկուլային-կինետիկ տեսություն.......9

6. Գերհոսունություն………………………………………………………..11

7. Գերհաղորդունակություն………………………………………………………………………………………………………

7.1 Գերհաղորդականության հայտնաբերում……………………………………………………………………………………………………………………

7.2 Էլեկտրոն-ֆոնոն փոխազդեցություն………………..14

7.3 Առաջին և երկրորդ տեսակի գերհաղորդիչներ…………16

7.4 Գերհաղորդիչ պատրաստելու բաղադրատոմս……………….17

7.5 Անվտանգության նախազգուշական միջոցներ…………………………….18

7.6 Մայսների էֆեկտ……………………………………………………………………………………………………

8. Եզրակացություն……………………………………………………….22

9. Հղումներ……………………………………………………….25

1. Ներածություն.

Ֆազերը կոչվում են ֆիզիկական և քիմիական համակարգերի միատարր տարբեր մասեր: Նյութը միատարր է, երբ նյութի վիճակի բոլոր պարամետրերը նույնն են նրա բոլոր ծավալներով, որոնց չափերը մեծ են միջատոմային վիճակների համեմատ։ Տարբեր գազերի խառնուրդները միշտ կազմում են մեկ փուլ, եթե դրանք ամբողջ ծավալով հավասար կոնցենտրացիաներում են:

Նույն նյութը, կախված արտաքին պայմաններից, կարող է լինել ագրեգացման երեք վիճակներից մեկում՝ հեղուկ, պինդ կամ գազային: Կախված արտաքին պայմաններից, այն կարող է լինել մեկ փուլով կամ միանգամից մի քանի փուլով: Մեզ շրջապատող բնության մեջ հատկապես հաճախ դիտում ենք ջրի փուլային անցումներ։ Օրինակ՝ գոլորշիացում, խտացում։ Կան ճնշման և ջերմաստիճանի պայմաններ, որոնց դեպքում նյութը տարբեր փուլերում գտնվում է հավասարակշռության մեջ: Օրինակ, երբ գազը հեղուկացվում է փուլային հավասարակշռության վիճակում, ծավալը կարող է լինել ցանկացած, իսկ անցումային ջերմաստիճանը կապված է հագեցած գոլորշիների ճնշման հետ: Այն ջերմաստիճանները, որոնցում տեղի են ունենում անցումներ մի փուլից մյուսը, կոչվում են անցումային ջերմաստիճաններ: Դրանք կախված են ճնշումից, թեև տարբեր աստիճաններով՝ հալման կետն ավելի թույլ է, գոլորշիացման և սուբլիմացիայի ջերմաստիճանը՝ ավելի ուժեղ։ Նորմալ և մշտական ​​ճնշման դեպքում անցումը տեղի է ունենում որոշակի ջերմաստիճանում, և այստեղ տեղի են ունենում հալման, եռման և սուբլիմացիայի (կամ սուբլիմացիայի) կետերը։ Սուբլիմացիան նյութի անցումն է պինդ վիճակից գազային վիճակի և կարող է դիտվել, օրինակ, գիսաստղի պոչերի պատյաններում։ Երբ գիսաստղը հեռու է արևից, նրա գրեթե ամբողջ զանգվածը կենտրոնացած է նրա միջուկում, որը 10-12 կիլոմետր է: Գազի փոքր պատյանով շրջապատված միջուկը այսպես կոչված գիսաստղի գլուխն է։ Արեգակին մոտենալիս գիսաստղի միջուկը և թաղանթները սկսում են տաքանալ, սուբլիմացիայի հավանականությունը մեծանում է, իսկ սուբլիմացիայից նվազում է։ Գիսաստղի միջուկից դուրս եկող գազերը պինդ մասնիկներ են տանում, գիսաստղի գլուխը մեծանում է ծավալով և բաղադրությամբ դառնում գազ-փոշի։

2. Առաջին և երկրորդ կարգի փուլային անցումներ.

Փուլային անցումները լինում են մի քանի տեսակի. Նյութի ագրեգատային վիճակների փոփոխությունները կոչվում են առաջին կարգի փուլային անցումներ, եթե.

1) Ջերմաստիճանը հաստատուն է ողջ անցման ընթացքում.

2) Համակարգի ծավալը փոխվում է.

3) Համակարգի էնտրոպիան փոխվում է.

Որպեսզի նման փուլային անցում տեղի ունենա, անհրաժեշտ է որոշակի քանակությամբ ջերմություն հաղորդել նյութի տվյալ զանգվածին, որը համապատասխանում է փոխակերպման թաքնված ջերմությանը: Փաստորեն, խտացված փուլն ավելի ցածր խտությամբ փուլի անցնելու ժամանակ անհրաժեշտ է ջերմության տեսքով փոխանցել որոշակի քանակությամբ էներգիա, որն օգտագործվելու է բյուրեղյա ցանցը ոչնչացնելու (հալման ժամանակ) կամ հեռացնելու համար։ հեղուկ մոլեկուլներ միմյանցից (գոլորշիացման ժամանակ): Փոխակերպման ընթացքում թաքնված ջերմությունը կփոխակերպի սոսինձի ուժերը, ջերմային շարժման ինտենսիվությունը չի փոխվի, և արդյունքում ջերմաստիճանը կմնա հաստատուն: Նման անցումով անկարգության աստիճանը և հետևաբար էնտրոպիան մեծանում է։ Եթե ​​գործընթացը ընթանում է հակառակ ուղղությամբ, ապա թաքնված ջերմությունը ազատվում է: Առաջին կարգի փուլային անցումները ներառում են. Մեկ բյուրեղային փոփոխությունը մյուսի մեջ (պոլիմորֆային փոխակերպումներ): Երկրորդ տեսակի փուլային անցումները ներառում են՝ նորմալ հաղորդիչի անցումը գերհաղորդիչ վիճակի, հելիում-1-ը՝ գերհեղուկ հելիում-2, ֆերոմագնիսը՝ պարամագնիսական վիճակի: Մետաղները, ինչպիսիք են երկաթը, կոբալտը, նիկելը և գադոլինիումը, աչքի են ընկնում բարձր մագնիսացման և երկար ժամանակ մագնիսացված մնալու ունակությամբ։ Դրանք կոչվում են ֆերոմագնիսներ։ Մետաղների մեծ մասը (ալկալիական և հողալկալիական մետաղներ և անցումային մետաղների զգալի մասը) թույլ մագնիսացված են և չեն պահպանում այս վիճակը մագնիսական դաշտից դուրս՝ դրանք պարամագնիսական են: Երկրորդ, երրորդ և այլնի տեսակների փուլային անցումները կապված են թերմոդինամիկական պոտենցիալի ∂ph ածանցյալների կարգի հետ, որոնք անցնում են անցումային կետում վերջավոր չափումներ: Ֆազային փոխակերպումների այս դասակարգումը կապված է տեսական ֆիզիկոս Փոլի աշխատանքի հետ: Էռնեստ (1880 -1933). Այսպիսով, երկրորդ կարգի փուլային անցման դեպքում երկրորդ կարգի ածանցյալներն անցումային կետում ցատկեր են ունենում՝ ջերմային հզորություն մշտական ​​ճնշման Cp=-T(∂ph 2 /∂T 2), սեղմելիություն β=-(1 /V 0)(∂ 2 f/ ∂p 2), ջերմային ընդարձակման գործակից α=(1/V 0)(∂ 2 f/∂Tp), մինչդեռ առաջին ածանցյալները մնում են շարունակական։ Սա նշանակում է ջերմության բացթողում (կլանում) և կոնկրետ ծավալի փոփոխություն (φ - թերմոդինամիկական ներուժ):

Ֆազային հավասարակշռության վիճակը բնութագրվում է փուլային փոխակերպման ջերմաստիճանի և ճնշման միջև որոշակի հարաբերակցությամբ: Թվային առումով, փուլային անցումների այս կախվածությունը տրված է Կլապեյրոն-Կլաուզիուսի հավասարմամբ՝ Dp/DT=q/TDV: Ցածր ջերմաստիճաններում հետազոտությունները ֆիզիկայի շատ կարևոր ճյուղ են: Փաստն այն է, որ այս կերպ դուք կարող եք ձերբազատվել քաոսային ջերմային շարժման հետ կապված միջամտությունից և ուսումնասիրել երևույթները «մաքուր» տեսքով: Սա հատկապես կարևոր է քվանտային օրենքներն ուսումնասիրելիս: Սովորաբար, քաոսային ջերմային շարժման պատճառով ֆիզիկական մեծությունը միջինացվում է նրա տարբեր արժեքների մեծ թվով և քվանտային թռիչքները «քսվում են»:

Ցածր ջերմաստիճաններ (կրիոգեն ջերմաստիճաններ), ֆիզիկայում և կրիոգեն տեխնոլոգիայում ջերմաստիճանի միջակայքը 120°K-ից ցածր է (0°c=273°K); Կարնոյի (աշխատել է ջերմային շարժիչի վրա) և Կլաուզիուսի աշխատանքը հիմք դրեց գազերի և գոլորշիների հատկությունների կամ տեխնիկական թերմոդինամիկայի ուսումնասիրություններին։ 1850 թվականին Կլաուզիուսը նկատեց, որ հագեցած ջրի գոլորշիները մասամբ խտանում են, երբ ընդարձակվում են, իսկ երբ սեղմվում են, անցնում են գերտաքացած վիճակի։ Ռենուն առանձնահատուկ ներդրում է ունեցել այս գիտական ​​առարկայի զարգացման գործում։ Գազի մոլեկուլների ներքին ծավալը սենյակային ջերմաստիճանում կազմում է գազի զբաղեցրած ծավալի մոտավորապես հազարերորդ մասը: Բացի այդ, մոլեկուլները ձգվում են միմյանց ավելի մեծ հեռավորությունների վրա, քան այն, որտեղից սկսվում է նրանց վանողությունը։

Հավասար է էնտրոպիայի հատուկ արժեքներին, վերցված հակառակ նշանով և ծավալին. (4.30) Եթե փուլային հավասարակշռությունը բավարարող կետերում. որ թերմոդինամիկական համակարգը զգում է առաջին տեսակի փուլային անցում։ Առաջին կարգի փուլային անցումները բնութագրվում են փուլային անցման թաքնված ջերմության առկայությամբ, ...

Գերբարձրացումների դեմ, զրոյական և առավելագույն պաշտպանություն: - նախատեսել անոթների կանգառը բեռնախցիկի միջանկյալ կետերում. լուսային ազդանշան ամբարձիչի աշխատանքի ռեժիմների մասին բարձրացնող մեքենայի շենքում, բեռնման սարքի օպերատորի մոտ, դիսպետչերի մոտ: Ժամանակակից կարգավորվող DC էլեկտրական շարժիչներ ավտոմատ ամբարձիչ տեղադրման համար հիմնված են DC շարժիչների վրա...

44,5 սմ, c = 12 սմ, a = 20 սմ, l = 8 սմ Մագնիսական համակարգի ուժի ազդեցությունը գնահատվել է դաշտի H մոդուլի արտադրյալին հավասար արժեքով և դրա գրադիենտով: Պարզվել է, որ մեր դիտարկվող մագնիսական համակարգի H դաշտի մոդուլի բաշխումը բնութագրվում է ընդգծված անկյունային կախվածությամբ։ Հետևաբար, դաշտի H մոդուլի հաշվարկն իրականացվել է 1° աստիճանով՝ երկու տարբեր աղեղների վրա գտնվող կետերի համար ամբողջ...

Համակարգը բաղկացած է իր «փուլային դիմանկարը» ստանալուց (Wolkenstein, 1978): Այն հնարավորություն է տալիս բացահայտել համակարգի անշարժ վիճակները և դրանց դինամիկայի բնույթը դրանցից շեղվելիս: Ֆազային դիմանկարների մեթոդն օգտագործվում է տեխնոլոգիայում՝ տարբեր բարդության ֆիզիկական համակարգերի վարքագիծը վերլուծելու և կանխատեսելու համար, իսկ մաթեմատիկական էկոլոգիայում՝ բնակչության դինամիկան վերլուծելու համար (Վոլկենշտեյն, 1978; Սվիրեժև...

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

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_1.jpg" alt=">Փուլային անցումների հիմնական տեսակները (ֆիզիկական դասակարգում)">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_2.jpg" alt=">Փուլային անցումներ ագրեգացման եռման վիճակի փոփոխությամբ (խտացում) ) հալեցման (բյուրեղացման) սուբլիմացիա"> 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. Ալոտրոպ (պոլիմորֆ) փուլային անցումներ Բազմորֆ փուլային անցումներ տեղի են ունենում միայն պինդ ագրեգատի մեջ"> 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. Ֆերոէլեկտրական փուլային անցումներ Հայտնի են նյութեր, որոնց համար որոշակի պայմաններ, գուցե որոշ"> 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. Մագնիսական փուլային անցումներ Հայտնի է նյութերի խումբ, որոնք ունեն բարձր ինքնաբուխ մագնիսացում Առանց"> 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. Ֆեռո-ֆերոմագնիսական փուլային անցումներ Հայտնի են նյութեր, որոնք. որոշակի ջերմաստիճաններում դիտվում է պատվեր"> 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. Անցումներ գերհաղորդիչ վիճակին Երևույթի էությունը. գերհաղորդականությունն այն է, ինչ էլեկտրական է"> 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=">Գերհաղորդիչ վիճակի անցման ջերմաստիճանի աճի ժամանակագրություն Կառուցվածք բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ HgBa2CuO4+δ">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_9.jpg" alt=">2,19 Կ ջերմաստիճանում հեղուկ հելիումը բաժանվում է երկու փուլի. - HeI և 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=">Ինչպես երևում է դիտարկված օրինակներից, շատ տարբեր բաներ կարող են տեղի են ունենում FP թերմոդինամիկական համակարգում:"> 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=">Ֆազային անցումների թերմոդինամիկական դասակարգումն ըստ Էրենֆեստի">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_12.jpg" alt=">Գիբսի էներգիայի առաջին ածանցյալները Գիբսի էներգիայի երկրորդ ածանցյալները և ֆիզիկական մեծություններ՝ դրանց հետ կապված">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_13.jpg" alt=">Թերմոդինամիկական հատկությունների փոփոխություններ առաջին և երկրորդ կարգի փուլային անցումների ժամանակ">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_14.jpg" alt=">Առաջին կարգի փուլային անցումների թերմոդինամիկական տեսություն Դիտարկենք մեկ - բաղադրիչ (այսինքն՝ բաղկացած առանձին նյութից) տարասեռ"> 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=">Այս համակարգի r փուլերից յուրաքանչյուրի համար մենք կարող ենք գրել. թերմոդինամիկական պարամետրերի համապատասխան արժեքները"> 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=">Պարզության համար եկեք ենթադրենք, որ մեր մեկ բաղադրիչ տարասեռ համակարգում ընդամենը 2 փուլ է գոյակցում."> 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=">Այս կախվածության համար մենք կստանանք հստակ արտահայտություն: Եկեք վերցնենք. հաշվի առնելով, որ մեկ բաղադրիչ համակարգերում,"> 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=">G=U+pV-TS արտահայտության հիման վրա, հետո տարբերակում ենք ստանում՝ dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT Հաշվի առնենք արտահայտությունը."> 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=">Փուլային փոխակերպումը տեղի է ունենում T,p=const-ում և ուղեկցվում է. ծավալի փոփոխություն V1-ից 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=">Այսպիսով, T-ի և p-ի միջև ֆազային հավասարակշռությանը համապատասխան ֆունկցիոնալ միացում Հետևաբար, եթե"> 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=">Միացնելով վերջին երկու հավասարումները և նշանակում V2 -V1=ΔV ( երկու փուլերի մոլային ծավալների տարբերությունը),"> 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=">Անցում խտացված փուլերի միջև հալման համար (անցումային բյուրեղային փուլ - հեղուկ)"> 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=">Անցումային հեղուկ - գոլորշի (գոլորշիացում) Եթե ֆազային անցման պայմանները. (p ,T) բավականին հեռու են կրիտիկական լինելուց"> 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=">Անցումային բյուրեղային փուլ - գոլորշի (սուբլիմացիա) The Clausius-Clapeyron equation նույն տեսքն ունի, բայց"> 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=">Երբեմն Կլաուզիուս-Կլապեյրոնի հավասարումը խտացված փուլից անցման համար գազային փուլին ինտեգրալ ձևով գրված է."> 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=">Այսպիսով, մենք ստացանք դիֆերենցիալ (և որոշ հատուկ դեպքերում. և ինտեգրալով)"> 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=">Երկրորդ տեսակի փուլային փոխակերպումները բյուրեղներում տեղի են ունենում դասակարգման ժամանակ. կետային թերություններ (երբ կառուցվածքը փոխվում է"> 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=">Լանդաուի տեսությունը ենթադրում է, որ համակարգի առանձին փուլերը տարբերվում են յուրաքանչյուրից այլ ֆիզիկական հատկություններ,"> 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.!}

ՓՈՒԼ ԱՆՑՈՒՄ,փուլային փոխակերպում, լայն իմաստով - նյութի անցում մեկից փուլերըմյուսին, երբ փոխվում են արտաքին պայմանները՝ ջերմաստիճան, ճնշում, մագնիսական և էլեկտրական: դաշտեր և այլն; նեղ իմաստով՝ ֆիզիկականի կտրուկ փոփոխություն։ արտաքին պարամետրերի շարունակական փոփոխություններով հատկություններ: «Ph. p.» տերմինի երկու մեկնաբանությունների տարբերությունը. կարելի է տեսնել հետևյալ օրինակից. Նեղ իմաստով նյութի անցումը գազային փուլից պլազմային փուլ (տես. Պլազմա)չէ F. p., քանի որ իոնացումգազը առաջանում է աստիճանաբար, բայց լայն իմաստով դա F. p. Այս հոդվածում «F. p» տերմինը: դիտվում է նեղ իմաստով.

Ջերմաստիճանի, ճնշման կամ արժեքի արժեքը: այլ ֆիզիկական Արժեքը, որով տեղի է ունենում փուլավորումը, կոչվում է անցումային կետ:

Գոյություն ունեն երկու տեսակի F. p. Առաջին տեսակի ֆիզիկայի դեպքում նման թերմոդինամիկական պարամետրերը կտրուկ փոխվում են: նյութի բնութագրերը, ինչպիսիք են խտությունը, բաղադրիչների կոնցենտրացիան. մեկ միավոր զանգվածի համար շատ որոշակի քանակությամբ ջերմություն է արձակվում կամ կլանվում, որը կոչվում է. անցումային ջերմություն. Երկրորդ տեսակի Ֆ.-ի հետ կա որոշակի ֆիզիկական. Անցումային կետի մի կողմում զրոյի հավասար արժեքը աստիճանաբար մեծանում է (զրոյից) անցումային կետից մյուս կողմ հեռավորության հետ: Այս դեպքում խտությունը և կոնցենտրացիաները անընդհատ փոխվում են, ջերմությունը չի արտազատվում կամ ներծծվում։

Բնության մեջ տարածված երեւույթ է F. p. Առաջին տեսակի ֆիզիկան ներառում է՝ գոլորշիացում և խտացում, հալում և պնդացում, սուբլիմացիա և խտացում դեպի պինդ փուլ, պինդ մարմինների կառուցվածքային որոշակի անցումներ, օրինակ։ կրթություն մարտենսիտերկաթ-ածխածնային համաձուլվածքի մեջ։ IN հակաֆերոմագնիսներՄագնիսական ենթաշերտերի մագնիսացման մեկ առանցքով, առանցքի երկայնքով ուղղված արտաքին մագնիսական դաշտում տեղի է ունենում I տիպի փուլային տեղաշարժ: Դաշտի որոշակի արժեքի դեպքում մագնիսական ենթաշերտերի մոմենտները պտտվում են դաշտի ուղղությանը ուղղահայաց (առաջանում է ենթաշերտերի «շրջվել»): Մաքուր գերհաղորդիչներում մագնիսական դաշտը առաջացնում է առաջին տեսակի փուլային փոփոխություն գերհաղորդիչ վիճակից նորմալ վիճակի .

ժամը բացարձակ զրոջերմաստիճանը և ֆիքսված ծավալը, ամենացածր էներգիայի արժեք ունեցող փուլը թերմոդինամիկորեն հավասարակշռված է: Առաջին տեսակի ֆիզիկան այս դեպքում տեղի է ունենում ճնշման և արտաքին դաշտերի այն արժեքներում, որոնցում համեմատվում են երկու տարբեր փուլերի էներգիաները: Եթե ​​դուք չեք ֆիքսում մարմնի ծավալը V,և ճնշումը Ռ,ապա թերմոդինամիկական վիճակում։ հավասարակշռություն, նվազագույնը Գիբսի էներգիան է Ф (կամ G), իսկ փուլային հավասարակշռության անցումային կետում կան Ֆ-ի նույն արժեքներով փուլեր. .

Ցածր ճնշման տակ գտնվող շատ նյութեր բյուրեղանում են՝ վերածվելով ազատ փաթեթավորված կառուցվածքների: Օրինակ՝ բյուրեղային ջրածինըբաղկացած է մոլեկուլներից, որոնք գտնվում են միմյանցից համեմատաբար մեծ հեռավորության վրա. կառուցվածքը գրաֆիտածխածնի ատոմների լայնորեն տարածված շերտերի շարք է։ Բավականաչափ բարձր ճնշման դեպքում նման չամրացված կառույցները համապատասխանում են Գիբսի էներգիայի մեծ արժեքներին: Այս պայմաններում հավասարակշռության փակ փուլերը համապատասխանում են Ф-ի ավելի փոքր արժեքներին: Հետևաբար, բարձր ճնշման դեպքում գրաֆիտը վերածվում է ադամանդ,և մոլեկուլային բյուրեղային: ջրածինը պետք է դառնա ատոմային (մետաղական)։ Քվանտային հեղուկներ 3 He և 4 He-ը մնում են հեղուկ նորմալ ճնշման տակ մինչև ձեռք բերված ամենացածր ջերմաստիճանը (T ~ 0,001 K): Սրա պատճառը մասնիկների թույլ փոխազդեցությունն է և դրանց տատանումների մեծ ամպլիտուդը բացարձակին մոտ տեմպո-պաքսում։ զրո (այսպես կոչված զրոյական տատանումներ ). Այնուամենայնիվ, ճնշման աճը (մինչև 20 բանկոմատ T = 0 K) հանգեցնում է հեղուկ հելիումի պնդացմանը: Ոչ զրոյական ջերմաստիճանի և որոշակի ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում Գիբսի նվազագույն էներգիայով փուլը դեռևս հավասարակշռության մեջ է (նվազագույն էներգիան, որից հանվում է ճնշման ուժերի աշխատանքը և համակարգին հաղորդվող ջերմության քանակը):

Առաջին տեսակի ֆիզիկան բնութագրվում է առաջին տեսակի ֆիզիկայի կորի մոտ մետակայուն հավասարակշռության շրջանի առկայությամբ (օրինակ, հեղուկը կարող է տաքացնել մինչև եռման կետից բարձր ջերմաստիճան կամ գերհովացնել սառեցման կետից ցածր): Մետակայուն վիճակներգոյություն ունեն բավականին երկար ժամանակ այն պատճառով, որ Ֆ-ի ավելի ցածր արժեքով նոր փուլի ձևավորումը (թերմոդինամիկորեն ավելի բարենպաստ) սկսվում է այս փուլի միջուկների առաջացմամբ։ Միջուկի ձևավորման ժամանակ Ф-ի արժեքի ավելացումը համաչափ է դրա ծավալին, իսկ կորուստը՝ մակերեսի մակերեսին (արժեքը մակերեսային էներգիա):Մեծանում են փոքր սաղմերը, որոնք առաջանում են Ֆ,և, հետևաբար, ճնշող հավանականությամբ դրանք կնվազեն և կվերանան։ Այնուամենայնիվ, միջուկները, որոնք հասել են որոշակի կրիտիկական չափի, աճում են, և ամբողջ նյութը անցնում է նոր փուլ: Սաղմի ձևավորումը կարևոր է. չափը շատ քիչ հավանական գործընթաց է և տեղի է ունենում բավականին հազվադեպ: Միջուկավորման հավանականությունը կրիտիկական է: չափը մեծանում է, եթե նյութը պարունակում է օտար մակրոսկոպիկ ներդիրներ։ չափերը (օրինակ՝ փոշու մասնիկները հեղուկի մեջ): Մոտիկից կրիտիկական կետհավասարակշռության փուլերի և մակերևույթի էներգիայի միջև տարբերությունը նվազում է, հեշտությամբ ձևավորվում են մեծ չափերի և տարօրինակ ձևերի միջուկներ, ինչը ազդում է նյութի հատկությունների վրա. .

II փուլի տիպերի օրինակներն են պարամագնիսական-ֆերոմագնիսական անցման ժամանակ մագնիսում մագնիսական պահի տեսքը (յուրաքանչյուր դեպքում որոշված ​​ջերմաստիճանից ցածր), պարամագնիսական-ֆերոմագնիսական անցման ժամանակ հակաֆերոմագնիսական դասավորությունը: հակաֆերոմագնիս,գերհաղորդականության առաջացումը մետաղներում և համաձուլվածքներում, գերհեղուկության առաջացումը 4 He-ում և 3 He-ում, համաձուլվածքների դասավորությունը, պարաէլեկտրական անցման ժամանակ նյութի ինքնաբուխ բևեռացման տեսքը. ֆերոէլեկտրականև այլն:

Լ.Դ. Լանդաու(1937 թ.) առաջարկել է երկրորդ տեսակի բոլոր փուլերի ընդհանուր մեկնաբանություն որպես համաչափության փոփոխության կետեր. անցումային կետից վեր համակարգն ունի ավելի մեծ համաչափություն, քան անցումային կետից ցածր: Օրինակ՝ մագնիսի մեջ, անցումային կետից վեր՝ տարրական մագնիսական պահերի ուղղությունը (պտտվում է)մասնիկները բաշխվում են քաոսային. Հետևաբար, բոլոր պտույտների միաժամանակյա պտույտը չի փոխում ֆիզիկան։ համակարգի հատկությունները. Անցումային կետից ներքեւ թիկունքներն ունեն նախընտրելի կողմնորոշում։ Նրանց միաժամանակյա պտույտը փոխում է համակարգի մագնիսական պահի ուղղությունը։ Մեկ այլ օրինակ՝ երկու բաղադրիչ համաձուլվածքում, որի ատոմները Ա և Բգտնվում է պարզ խորանարդի հանգույցներում բյուրեղյա վանդակ,Անկանոն վիճակը բնութագրվում է A և B ատոմների քաոսային բաշխմամբ ցանցային տեղամասերի վրա, այնպես որ ցանցի մեկ պարբերությամբ տեղաշարժը չի փոխում իր հատկությունները: Անցումային կետից ներքեւ համաձուլվածքի ատոմները դասավորված են հերթականությամբ. ...ԱԲԱՎ...Նման ցանցի տեղաշարժը կետով հանգեցնում է A բոլոր ատոմների փոխարինմանը B-ով կամ հակառակը: Ատոմների դասավորության մեջ կարգուկանոնի հաստատման արդյունքում ցանցի համաչափությունը նվազում է։

Սիմետրիան ինքնին հայտնվում և անհետանում է կտրուկ: Այնուամենայնիվ, անհամաչափությունը բնութագրող մեծությունը (պատվերի պարամետրը) կարող է շարունակաբար փոխվել: Երկրորդ տեսակի փուլերի համար կարգի պարամետրը հավասար է զրոյի անցումային կետից և հենց անցումային կետում: Օրինակ, ֆերոմագնիսի մագնիսական մոմենտը նույն կերպ է վարվում։ ֆերոէլեկտրական բևեռացում, գերհեղուկ բաղադրիչի խտություն հեղուկում 4 He, ատոմ հայտնաբերելու հավանականություն Ահամապատասխան բյուրեղային հանգույցում։ երկու բաղադրիչ համաձուլվածքի վանդակաճաղեր և այլն:

Երկրորդ տեսակի ֆիզիկան բնութագրվում է խտության, կոնցենտրացիայի և անցումային ջերմության թռիչքների բացակայությամբ։ Բայց հենց նույն պատկերն է նկատվում նաև քննադատական. կետ առաջին տեսակի փուլային ֆունկցիայի կորի վրա . Նմանությունը շատ խորն է ստացվում։ Մոտ կրիտիկական կետը, նյութի վիճակը կարող է բնութագրվել մի մեծությամբ, որը խաղում է կարգի պարամետրի դերը: Օրինակ՝ կրիտիկականի դեպքում Հեղուկ-գոլորշիների հավասարակշռության կորի կետերը խտության շեղումն են միջին արժեքից: Կրիտիկական ժամանակ վարելիս isochoreբարձր ջերմաստիճանի կողմում գազը միատարր է, և այդ արժեքը զրո է: Ստորև կրիտիկական ջերմաստիճաննյութը շերտավորված է երկու փուլի, որոնցից յուրաքանչյուրում խտության շեղումը կրիտիկականից հավասար չէ զրոյի։ Քանի որ երկրորդ տեսակի փուլերը փուլային կետի մոտ քիչ են տարբերվում միմյանցից, հնարավոր է մի փուլի մեծ միջուկների ձևավորումը մյուսում: (տատանումներ),ճիշտ նույնը, ինչ մոտ կրիտիկական: միավորներ. Սրա հետ են կապված բազմաթիվ քննադատություններ։ Երկրորդ տեսակի II փուլի երևույթները՝ ֆեռոմագնիսների մագնիսական զգայունության անսահման բարձրացում և ֆեռոէլեկտրիկների դիէլեկտրական հաստատուն (անալոգը հեղուկ-գոլորշի կրիտիկական կետի մոտ սեղմելիության բարձրացումն է), ջերմային հզորության անսահման աճ, անոմալ ցրում։ էլեկտրամագնիսական ալիքների [թեթեւ հեղուկի եւ գոլորշու մեջ , Ռենտգենյան ճառագայթները պինդ մարմիններում], նեյտրոնները՝ ֆերոմագնիսներում։ Զգալիորեն փոխվում են նաեւ դինամիկ երեւույթները, ինչը կապված է առաջացած տատանումների շատ դանդաղ ռեզորբցիայի հետ։ Օրինակ, մոտ կրիտիկական հեղուկ-գոլորշի կետը նեղացնում է Ռեյլի գիծը լույսի ցրում,փակել Կյուրիի միավորներֆերոմագնիսներ և Նիլ կետերհակաֆերոմագնիսների սպին դիֆուզիոն դանդաղում է և այլն Չրք. տատանման չափը (կոռելյացիայի շառավիղ) Ռաճում է, երբ մոտենում է երկրորդ տեսակի II փուլի կետին և այս պահին դառնում է անսահման մեծ:

Երկրորդ տեսակի ֆիզիկական և քննադատական ​​երևույթների տեսության ժամանակակից ձեռքբերումները հիմնված են նմանության վարկածի վրա։ Ենթադրվում է, որ եթե ընդունենք Ռերկարության չափման միավորի համար և միջին. եզր ունեցող բջիջի կարգի պարամետրի արժեքը R-պատվերի պարամետրի չափման միավորի համար, ապա ամբողջ տատանման օրինաչափությունը կախված չի լինի ոչ անցումային կետի մոտիկությունից, ոչ էլ կոնկրետ նյութից: Ամեն ինչ թերմոդինամիկ է։ մեծությունները ուժային ֆունկցիաներ են Ռ.Ցուցանիշները կոչվում են կրիտիկական չափումներ (ինդեքսներ): Նրանք կախված չեն կոնկրետ նյութից և որոշվում են միայն պատվերի պարամետրի բնույթով: Օրինակ՝ իզոտրոպ նյութի Կյուրիի կետում չափերը, որի կարգի պարամետրը մագնիսացման վեկտորն է, տարբերվում են կրիտիկական կետի չափերից։ կետային հեղուկ - գոլորշի կամ միակողմանի մագնիսի Կյուրիի կետում, որտեղ կարգի պարամետրը սկալյար մեծություն է:

Անցումային կետի մոտ վիճակի հավասարումըօրենքի բնորոշ տեսք ունի համապատասխան պետություններ։Օրինակ, մոտ կրիտիկական կետային հեղուկ-գոլորշի հարաբերակցությունը (p - p k) / (p l - p g) կախված է միայն (p - p k) / (p l - r g) * Կ Տ(այստեղ p - խտություն, p k - կրիտիկական խտություն, p l - հեղուկի խտություն, p g - գազի խտություն, R -ճնշում, p k - կրիտիկական ճնշում, K T -իզոթերմային սեղմելիություն),Ավելին, սանդղակի հարմար ընտրությամբ կախվածության տեսակը նույնն է բոլոր հեղուկների համար .

Մեծ քայլեր են արվել տեսական գիտության մեջ։ կրիտիկականի հաշվարկ Չափերը և վիճակի հավասարումները լավ համընկնում են փորձարարական տվյալների հետ:

Երկրորդ տեսակի ֆիզիկայի տեսության հետագա զարգացումը կապված է դաշտի քվանտային տեսության մեթոդների, մասնավորապես վերանորմալացման խմբի մեթոդի կիրառման հետ։ Այս մեթոդը սկզբունքորեն թույլ է տալիս ցանկացած պահանջվող ճշգրտությամբ գտնել կրիտիկական ինդեքսներ:

Ֆիզիկայի բաժանումը երկու տեսակի որոշ չափով կամայական է, քանի որ կան առաջին տեսակի ֆիզիկաներ ջերմային հզորության փոքր թռիչքներով և այլ քանակություններով և բարձր զարգացած տատանումներով անցումային փոքր ջերմություններով: Ֆիզիկական երևույթը կոլեկտիվ երևույթ է, որը տեղի է ունենում ջերմաստիճանի և այլ մեծությունների խիստ սահմանված արժեքներով միայն մի համակարգում, որն ունի կամայականորեն մեծ թվով մասնիկներ:

Լիտ.՝ 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., Ընդհանուր ֆիզիկայի դասընթաց: Մեխանիկա և մոլեկուլային ֆիզիկա, 2-րդ հրատ., Մ., 1969; Brayt R., Phase transitions, trans. անգլերենից, Մ., 1967;Fisher M., The Nature of Critical Condition, թարգմ. անգլերենից, Մ., 1968; Սթենլի Գ., Փուլային անցումներ և քննադատական ​​երևույթներ, թարգման. անգլերենից, Մ., 1973; Անիսիմով Մ.Ա., Հեղուկների կրիտիկական երևույթների ուսումնասիրություն, «Ֆիզիկական գիտությունների առաջընթաց», 1974, հ. 114, գ. 2; Patashinsky A. Z., Pokrovsky V. L., Ֆազային անցումների տատանումների տեսություն, Մ., 1975; Քվանտային դաշտի տեսություն և փուլային անցումների ֆիզիկա, տրանս. անգլերենից, Մ., 1975 (Նորություններ հիմնարար ֆիզիկայի, թողարկում 6); Wilson K., Kogut J., Renormalization group and s-expansion, trans. անգլերենից, Մ., 1975 (Նորություններ հիմնարար ֆիզիկայի, հ. 5):

IN. Լ.Պոկրովսկի.

TSB նյութերի հիման վրա:

Բելոուսովա Յուլիա, Կոբան Անաստասիա

Աշխատանքը նկարագրում է նյութի փուլային անցումները։ Փուլային հավասարակշռություն. Հալում, բյուրեղացում, գոլորշիացում, խտացում։

Ներբեռնել:

Նախադիտում:

Ներկայացման նախադիտումներից օգտվելու համար ստեղծեք Google հաշիվ և մուտք գործեք այն՝ https://accounts.google.com

Սլայդի ենթագրեր.

Հետազոտական ​​աշխատանք ֆիզիկայում. Նյութի փուլային անցումներ

Պլան. Օբյեկտի տարածքը և աշխատանքի օբյեկտը Ուսումնասիրության արդիականությունը Ուսումնասիրության նպատակը և նպատակները Ծանոթացում փուլային անցումների մասին նախնական տեղեկատվությանը Ֆազային անցումների տեսակները Փուլային հավասարակշռության գործընթացներ փուլային անցումներում Եզրակացություն.

Օբյեկտների տիրույթ Ֆիզիկան տիեզերքի գիտությունն է, որը թույլ է տալիս դիտարկել և հասկանալ մեզ շրջապատող գործընթացներն իր բոլոր նրբություններով: «Ամենագեղեցիկ բանը, որ կարող ենք ապրել, անհասկանալին է։ Այն ծառայում է որպես իսկական արվեստի և գիտության աղբյուր: Ալբերտ Էյնշտեյն.

Ուսումնասիրության օբյեկտ Այս ոլորտում ուսումնասիրության օբյեկտի համար մենք կդիտարկենք նյութի փուլային անցման գործընթացը:

Թեմայի արդիականությունը Այս թեման հետաքրքիր և արդիական է, քանի որ վերջին տարիներին գիտության և տեխնիկայի տարբեր ոլորտներում փուլային անցումների լայն կիրառումը հայտնի է: Փուլային անցումները կարելի է դասակարգել որպես ֆիզիկական էֆեկտների առավել գործնական կիրառումներ, ինչը բացատրվում է նրանով, որ փուլային անցումները հետևյալն են. Հաճախ օգտագործվում են արտոնագրերում և գործնական լուծումներում:

Աշխատանքի նպատակը. Ծանոթանալ ժամանակակից գիտության հիմնական հասկացություններին փուլային հավասարակշռության տարբեր տեսակների և նյութի մի փուլից մյուսը անցման գործընթացների ֆիզիկական առանձնահատկությունների հետ:

Նպատակներ. Ֆազային անցման հայեցակարգի դիտարկում, Ֆազային անցման տեսակների և հիմնական բնութագրերի նույնականացում, Ֆազային հավասարակշռության դիտարկում, Տարբեր փուլային անցման գործընթացների ստեղծում

Փուլային անցումային հասկացություն Փուլային անցումը, փուլային փոխակերպումը, լայն իմաստով, նյութի անցումն է մի փուլից մյուսը, երբ փոխվում են արտաքին պայմանները՝ ջերմաստիճան, ճնշում, մագնիսական և էլեկտրական դաշտեր և այլն: Նեղ իմաստով դա ֆիզիկական հատկությունների կտրուկ փոփոխություն է՝ արտաքին պարամետրերի շարունակական փոփոխությամբ։

Ֆազային անցումների տեսակները Փուլային անցումները բաժանվում են I և II տեսակների: Նյութի ագրեգատային վիճակների փոփոխությունները կոչվում են առաջին կարգի փուլային անցումներ, եթե՝ 1) ջերմաստիճանը հաստատուն է ողջ անցման ընթացքում. 2) Համակարգի ծավալը փոխվում է. 3) Համակարգի էնտրոպիան փոխվում է. Երկրորդ կարգի փուլային անցումները փուլային անցումներ են, որոնցում թերմոդինամիկական պոտենցիալների առաջին ածանցյալները ճնշման և ջերմաստիճանի նկատմամբ անընդհատ փոխվում են, մինչդեռ նրանց երկրորդ ածանցյալները ցատկում են ապրում: Սրանից, մասնավորապես, հետևում է, որ երկրորդ կարգի փուլային անցման ժամանակ նյութի էներգիան և ծավալը չեն փոխվում, այլ փոխվում են նրա ջերմունակությունը, սեղմելիությունը, տարբեր զգայունությունները և այլն։

Հեղուկ և գազային փուլերի առաջին և երկրորդ կարգի սահմանները պատկերող փուլային դիագրամների անցումներ

Ֆազային հավասարակշռություն Ֆազային հավասարակշռության պայմանը կարելի է ստանալ թերմոդինամիկայի թեորեմներից: Երբ համակարգը գտնվում է հավասարակշռության մեջ, նրա բոլոր փուլերի ջերմաստիճաններն ու ճնշումները նույնն են: Եթե ​​դրանք մշտական ​​պահվեն, ապա համակարգի թերմոդինամիկական ներուժը կարող է միայն նվազել։ Հավասարակշռության դեպքում այն ​​ստանում է նվազագույն արժեք: Թող m 1 լինի առաջինի զանգվածը, իսկ m 2՝ երկրորդ փուլի զանգվածը։  1-ը և  2-ը տվյալ փուլերում նյութի հատուկ ջերմադինամիկական պոտենցիալներն են: Ամբողջ համակարգի թերմոդինամիկական ներուժը ներկայացված է որպես Ф = m 1  1 + m 2  2: Եթե  1   2, ապա 1-ին փուլի ցանկացած փոխակերպում 2 փուլի ուղեկցվում է Ֆ-ի նվազմամբ: Այս փոխակերպումը տեղի կունենա մինչև ամբողջ 1-ին փուլը անցնի ավելի կայուն փուլ 2: Այնուհետև համակարգը կդառնա միաֆազ, և նրա թերմոդինամիկական ներուժը կհասնի m  2 նվազագույն արժեքին: Ընդհակառակը, եթե  1   2, ապա 2-րդ փուլն ի վերջո կվերածվի 1-ին փուլի: Միայն պայմանով  1 (P, T) =  2 (P, T) (1) Ֆազերը հավասարակշռության մեջ կլինեն հետ. միմյանց. Այսպիսով, փուլային հավասարակշռության պայմանը նրանց հատուկ թերմոդինամիկական պոտենցիալների հավասարությունն է:

Ածխածնի երկօքսիդի փուլային հավասարակշռության դիագրամ.

(1) պայմանի իմաստն այն է, որ ցանկացած փուլային փոխակերպումների ժամանակ կոնկրետ թերմոդինամիկական ներուժի արժեքը մնում է անփոփոխ: Այսպիսով, նյութի վիճակի բոլոր փոփոխություններով, նրա հատուկ թերմոդինամիկական ներուժը միշտ անընդհատ փոխվում է

Գործընթացներ փուլային անցումներում Դիտարկենք՝ գոլորշիացում և խտացում Հալում և բյուրեղացում Հեղուկի եռում և գերտաքացում

Գոլորշիացում և խտացում Հեղուկի անցումը գազային վիճակի կոչվում է գոլորշիացում, պինդ նյութի անցումը գազային վիճակի կոչվում է սուբլիմացիա։ Ջերմությունը, որը պետք է փոխանցվի նյութի միավորի զանգվածին, որպեսզի այն վերածվի գոլորշու, որը նույն ջերմաստիճանում է, ինչ նյութը մինչև գոլորշիացումը, կոչվում է գոլորշիացման հատուկ ջերմություն։ Խտացման ժամանակ գոլորշիացման ժամանակ կորցրած ջերմությունը հետ է վերադարձվում՝ խտացման ժամանակ առաջացած հեղուկը տաքանում է։ Գոլորշին, որն իր հեղուկի հետ հավասարակշռության մեջ է, կոչվում է հագեցած: Ճնշումը, որում տեղի է ունենում հավասարակշռություն, կոչվում է հագեցած գոլորշիների ճնշում:

Որոշ հեղուկների գոլորշիացում Դիագրամի որոշ տեսակի հեղուկների գոլորշիացում

Հալում և բյուրեղացում Բյուրեղային մարմնի անցումը հեղուկ վիճակի տեղի է ունենում յուրաքանչյուր նյութին հատուկ ջերմաստիճանում և պահանջում է որոշակի քանակությամբ ջերմության ծախս, որը կոչվում է միաձուլման ջերմություն: Հալման ջերմաստիճանը կախված է ճնշումից: Այսպիսով, անցումը բյուրեղայինից հեղուկ վիճակի տեղի է ունենում շատ կոնկրետ պայմաններում, որոնք բնութագրվում են ճնշման և ջերմաստիճանի արժեքներով: Այս արժեքների հավաքածուն համապատասխանում է (p, T) դիագրամի կորին, որը սովորաբար կոչվում է հալման կոր:

Բյուրեղացման գործընթացը, հակառակ հալման, ընթանում է հետևյալ կերպ. Երբ հեղուկը սառչում է այնպիսի ջերմաստիճանի, որի դեպքում պինդ և հեղուկ փուլերը կարող են լինել հավասարակշռության մեջ տվյալ ճնշման դեպքում (այսինքն՝ մինչև նույն ջերմաստիճանը, որում տեղի է ունեցել հալումը), բյուրեղների միաժամանակյա աճը սկսվում է այսպես կոչված միջուկների շուրջ կամ բյուրեղացում: կենտրոններ։ Ավելի ու ավելի մեծանալով՝ առանձին բյուրեղները ի վերջո փակվում են իրար՝ ձևավորելով բազմաբյուրեղ պինդ: Բյուրեղացման գործընթացը ուղեկցվում է նույն քանակությամբ ջերմության արտազատմամբ, որը ներծծվում է հալման ժամանակ։

Հալվելը

Դիագրամ՝ հալում-բյուրեղացում

Հեղուկի եռում և գերտաքացում Եթե անոթի հեղուկը տաքացվում է հեղուկի ազատ մակերևույթից մշտական ​​արտաքին ճնշման տակ։ Գոլորշիների առաջացման այս գործընթացը կոչվում է գոլորշիացում: Որոշակի ջերմաստիճանի հասնելուց հետո, որը կոչվում է եռման կետ, գոլորշու ձևավորումը սկսում է առաջանալ ոչ միայն ազատ մակերևույթից, գոլորշու փուչիկները աճում և բարձրանում են մակերես՝ իրենց հետ տանելով հենց հեղուկը: Գոլորշացման գործընթացը դառնում է բուռն: Այս երեւույթը կոչվում է եռում: Գերտաքացած ջուրը կարելի է ձեռք բերել, օրինակ, հարթ պատերով քվարցային կոլբայի մեջ։ Կոլբը մանրակրկիտ ողողեք նախ ծծմբական, ազոտական ​​կամ այլ թթուով, ապա թորած ջրով: Լվացված կոլբայի մեջ լցնում են թորած ջուր, որից երկար եռալով հեռացնում են դրա մեջ լուծված օդը։ Դրանից հետո կոլբայի ջուրը կարող է տաքացնել գազի այրիչի վրա եռման կետից զգալիորեն ավելի բարձր ջերմաստիճանի, սակայն այն չի եռալու, այլ միայն ինտենսիվորեն գոլորշիանալու է ազատ մակերևույթից: Միայն երբեմն կոլբայի ներքևում ձևավորվում է գոլորշիների պղպջակ, որն արագ աճում է, բաժանվում է հատակից և բարձրանում հեղուկի մակերեսին, և դրա չափը մեծապես մեծանում է, երբ այն բարձրանում է: Այնուհետեւ ջուրը երկար ժամանակ հանգիստ է մնում։ Եթե ​​նման ջրի մեջ գազային մանրէ մտցնեն, օրինակ՝ մի պտղունց թեյ գցելով, այն ուժգին կեռա, և նրա ջերմաստիճանը արագ կիջնի մինչև եռման աստիճանը։ Այս արդյունավետ փորձը պայթյունավտանգ է:

Եռման Ջրի ջերմաստիճանը միջուկային եռման ժամանակ

Եզրակացություն Այս աշխատանքը հնարավորություն տվեց ավելին իմանալ այն գործընթացների մասին, որոնք տեղի են ունենում, երբ նյութի մի վիճակն անցնում է մեկ այլ վիճակ, ինչ բնութագրեր ունի յուրաքանչյուր փուլ և վիճակ: Տեսնելով մեզ շրջապատող գործընթացները՝ մենք հեշտությամբ կարող ենք ասել, թե ինչպես է դա տեղի ունենում՝ իմանալով միայն հիմնական տեսությունը։ Հետևաբար, ֆիզիկան մեզ օգնում է իմանալ բնական գիտության օրենքների մեծ մասը, որոնք կօգնեն մեզ ապագայում:

Հայեցակարգ փուլ թերմոդինամիկայի մեջ դրանք դիտարկվում են ավելի լայն իմաստով, քան ագրեգացման վիճակները: Համաձայն փուլ Թերմոդինամիկայի մեջ մենք հասկանում ենք նյութի թերմոդինամիկորեն հավասարակշռված վիճակը, որը ֆիզիկական հատկություններով տարբերվում է նույն նյութի այլ հնարավոր հավասարակշռության վիճակներից.. Երբեմն նյութի ոչ հավասարակշռված մետաստաբիլ վիճակը կոչվում է նաև փուլ, բայց մետակայուն: Նյութի փուլերը կարող են տարբերվել կառուցվածքային մասնիկների շարժման բնույթով և պատվիրված կառուցվածքի առկայությամբ կամ բացակայությամբ: Տարբեր բյուրեղային փուլերը կարող են տարբերվել միմյանցից բյուրեղային կառուցվածքի տեսակով, էլեկտրական հաղորդունակությամբ, էլեկտրական և մագնիսական հատկություններով և այլն: Հեղուկ փուլերը միմյանցից տարբերվում են բաղադրիչների խտությամբ, գերհաղորդականության առկայությամբ կամ բացակայությամբ և այլն:

Նյութի անցումը մի փուլից մյուսը կոչվում է փուլային անցում . Փուլային անցումները ներառում են գոլորշիացման և հալման, խտացման և բյուրեղացման և այլնի երևույթները: Երկփուլ համակարգում փուլերը գտնվում են հավասարակշռության մեջ նույն ջերմաստիճանում: Ծավալի մեծանալուն զուգընթաց հեղուկի մի մասը վերածվում է գոլորշու, սակայն ջերմաստիճանը հաստատուն պահելու համար անհրաժեշտ է որոշակի քանակությամբ ջերմություն փոխանցել դրսից։ Այսպիսով, հեղուկ փուլից գազային համակարգ անցում կատարելու համար անհրաժեշտ է ջերմություն փոխանցել՝ առանց համակարգի ջերմաստիճանը փոխելու: Այս ջերմությունը փոխում է նյութի փուլային վիճակը և կոչվում է փուլային փոխակերպման ջերմություն կամ անցումային թաքնված ջերմություն . Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ նյութի ֆիքսված զանգվածի անցման թաքնված ջերմությունը նվազում է, իսկ կրիտիկական ջերմաստիճանում այն ​​հավասար է զրոյի։ Ֆազային անցումը բնութագրելու համար օգտագործվում է փուլային անցման հատուկ ջերմությունը: Ֆազային անցման հատուկ ջերմություն նյութի միավորի զանգվածի վրա լատենտ ջերմության քանակն է:

Փուլային անցումները կոչվում են անցումային թաքնված ջերմության կլանմամբ կամ արձակմամբ առաջին կարգի փուլային անցումներ . Այս դեպքում ներքին էներգիան ու խտությունը կտրուկ փոխվում են։ Ավելի կարգավորված վիճակից ավելի քիչ կարգավորված վիճակի անցնելիս էնտրոպիան մեծանում է։ Աղյուսակը ցույց է տալիս առաջին կարգի փուլային անցումները և դրանց հիմնական բնութագրերը:

Աղյուսակ. Առաջին ռադի փուլային անցումները և դրանց հիմնական բնութագրերը .

ՀԵՏ Կապ կա ճնշման, որի դեպքում երկփուլ համակարգը գտնվում է հավասարակշռության մեջ և ջերմաստիճանի միջև առաջին կարգի փուլային անցումների ժամանակ: Այս կապը նկարագրված է . Դիտարկենք այս հավասարման ածանցումը փակ համակարգերի համար: Եթե ​​համակարգում մասնիկների թիվը հաստատուն է, ապա ներքին էներգիայի փոփոխությունը, ըստ թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի, որոշվում է արտահայտությամբ. Ֆազերի միջև հավասարակշռությունը տեղի կունենա պայմանով, որ T 1 = T 2 և P 1 = P 2: Դիտարկենք անվերջ փոքր հետադարձելի Կարնո ցիկլը (նկ. 6.8), որի իզոթերմները համապատասխանում են երկփուլ համակարգի վիճակին T և dT ջերմաստիճաններում։ Քանի որ վիճակի պարամետրերը անսահմանորեն քիչ են փոխվում, Նկար 6.8-ում իզոթերմներն ու ադիաբատները ներկայացված են ուղիղ գծերով: Նման ցիկլում ճնշումը փոխվում է dP քանակով։ Համակարգի աշխատանքը մեկ ցիկլով որոշվում է բանաձևով.
. Ենթադրենք, որ ցիկլը իրականացվում է մի համակարգի համար, որի նյութի զանգվածը հավասար է մեկի։ Նման տարրական Կարնո ցիկլի արդյունավետությունը կարող է որոշվել բանաձևերով.
կամ
, Որտեղ Լ Պ- գոլորշիացման հատուկ ջերմություն: Հավասարեցնելով այս հավասարումների աջ կողմերը և փոխարինելով աշխատանքի արտահայտությունը ճնշման և ծավալի միջոցով, մենք ստանում ենք.
. Եկեք փոխկապակցենք ճնշման փոփոխությունը ջերմաստիճանի փոփոխության հետ և ստանանք.

(6.23)

Կանչվում է հավասարումը (6.23): Կլապեյրոն-Կլաուզիուսի հավասարումը . Վերլուծելով այս հավասարումը, մենք կարող ենք եզրակացնել, որ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ճնշումը մեծանում է: Սա բխում է այն փաստից, որ
, եւ, հետեւաբար
.

Կլապեյրոն–Կլաուզիուս հավասարումը կիրառելի է ոչ միայն հեղուկ–գոլորշի անցման համար։ Այն վերաբերում է բոլոր առաջին կարգի անցումներին: Ընդհանուր առմամբ, այն կարելի է գրել հետևյալ կերպ.

(6.24)

Օգտագործելով Կլապեյրոն–Կլաուզիուսի հավասարումը, մենք կարող ենք ներկայացնել համակարգի վիճակի դիագրամը P, T կոորդինատներով (նկ. 6.9): Այս դիագրամում կորը 1-ը սուբլիմացիայի կորն է: Այն համապատասխանում է երկու փուլերի՝ պինդ և գոլորշիների հավասարակշռության վիճակին։ Այս կորի ձախ կողմում գտնվող կետերը բնութագրում են միաֆազ պինդ վիճակը: Աջ կողմում գտնվող կետերը բնութագրում են գոլորշիների վիճակը: Կոր 2 – հալման կոր։ Այն համապատասխանում է երկու փուլերի հավասարակշռության վիճակին՝ պինդ և հեղուկ։ Այս կորի ձախ կողմում գտնվող կետերը բնութագրում են միաֆազ պինդ վիճակը: Նրանից աջ մինչև 3 կորը ընկած կետերը բնութագրում են հեղուկ վիճակը։ Կոր 3 – գոլորշիացման կոր: Այն համապատասխանում է երկու փուլերի՝ հեղուկի և գոլորշու հավասարակշռության վիճակին։ Այս կորի ձախ կողմում գտնվող կետերը բնութագրում են միաֆազ հեղուկ վիճակը: Աջ կողմում գտնվող կետերը բնութագրում են գոլորշիների վիճակը: Կոր 3-ը, ի տարբերություն 1-ին և 2-ի, սահմանափակված է երկու կողմից: Մի կողմից `եռակի կետ Տր, մյուս կողմից՝ K կրիտիկական կետը (նկ. 6.9): Եռակի կետ նկարագրում է միանգամից երեք փուլերի՝ պինդ, հեղուկ և գոլորշիների հավասարակշռության վիճակը։