www.wikidata.uk-ua.nina.az

Фазовий перехід Фа зовий перехі д у фізиці означає таку трансформацію внутрішньої структури речовин при якій відбуваєтьс

Фазовий перехід

Фа́зовий перехі́д у фізиці означає таку трансформацію внутрішньої структури речовин, при якій відбувається різкий стрибок певної фізичної характеристики системи, викликаний малою зміною іншої характеристики. Розрізняють фазові переходи першого і другого роду.

Перехід речовини з однієї термодинамічної фази до іншої у разі зміни зовнішніх умов.

Класифікація Редагувати

При фазових переходах першого роду поглинається або виділяється прихована теплота.

Фазові переходи другого роду відбуваються без поглинання чи виділення тепла.

Така сучасна класифікація дещо відрізняється від класифікації Еренфеста, який назвав фазовими переходами першого роду переходи, при яких стрибком міняються перші похідні від вільної енергії, а фазовими переходами другого роду ті, при яких стрибком міняються, відповідно другі похідні від вільної енергії. Інші, відмінні від вільної енергії термодинамічні потенціали, наприклад, внутрішня енергія або ентальпія при фазових переходах першого роду міняються стрибком. Недоліком класифікації Еренфеста є те, що при деяких фазових переходах похідні від вільної енергії прямують до нескінченності, наприклад теплоємність при фазовому переході до феромагнітного стану.

Існування фазових переходів більш ніж другого порядку до цих пір експериментально не доведено. Теоретичний аналіз не дає підстав вважати фазові переходи вищих порядків принципово неможливими (бозе-конденсація для газу вільних бозонів є прикладом фазового переходу третього роду в [[Термодинамічна система|віртуальній термодинамічній системі, але вже для фазового переходу третього роду умови рівноваги накладають настільки сильні обмеження на властивості речовини, що такі переходи представляються якщо і здійсненними в принципі, то вкрай рідко реалізованими.

Останнім часом широкого поширення набуло поняття квантового фазового переходу, тобто фазового переходу, керованого не класичними тепловими флуктуаціями, а квантовими, які існують навіть при абсолютному нулі температур, де класичний фазовий перехід не може реалізуватися внаслідок теореми Нернста.


Квантові фазові переходи Редагувати

Під квантовими фазовими переходами розуміють фазові переходи, які виникають у фізичних системах при температурі за варіації певного параметру (магнітного поля, щільності множини електронів або дірок, тиску).

Квантові фазові переходи спостерігаються у фермі-системах, у яких одночастинкові ступені вільності сильно корелюють. Зокрема, у тяжкоферміонних сполуках Також у двохвимірному електронному газі інверсійного шару кремнієвих польових транзисторів й у плівках на різних підставках.

У окілі квантової критичної точки на фазовій площині спостерігається нефермі-рідкісна поведінка різних характеристик системи (теплоємності, магнітної сприйнятливості, електричного опору тощо) за низьких температур й фіксованого значення , а також нерегулярна поведінка відповідних фунцій із зміною при даному

Розуміння природи квантових фазових пререходів у квантовій критичній точці розгалужується. Сторонники процесу квантових критичний флуктуацій вважають, що квантова критична точка ототожнюється із точкою, яка розділяє при на фазові діаграмі області впорядкованої й невпорядкованої фаз, у якій відбувається квантовий фазовий перехід, обумовлений дією квантових колективних флуктуацій. Інший погляд пов'язаний із ідеєю про специфічну поведінку квазічастинкових ступенів вільності при наближенні системи до точки конденсації колективної моди, за якою виникає впрорядкована фаза.

Рівняння фермі-рідкісного підходу по обидві сторони від квантової критичної точки:

де  — пустотний спектр, температура,  — щільність множини частинок,  — елемент об'єму -вимірного імпульсного простору. Перше рівняння — співвідношення Ландау між квазічастинковим спектром й квазічастинковою функцією взаємодії для однорідних фермі-систем, яке є наслідком трансляційної інваріантності. Друге рівняння — статистична формула Фермі-Дірака, у якій квазічастинковий спектр розглядається як функціонал квазічастинкового імпульсного розподілу Останнє рівняння — умова сталості числа частинок у системі.

Вивчення топологічних фазових переходів здійснювалося Є. М. Ліфшицем.

Приклади Редагувати

Прикладами фазових переходів першого роду є зміна агрегатного стану:

Прикладами фазових переходів другого роду є:

Динаміка фазових переходів Редагувати

Як сказано вище, під стрибкоподібною зміною властивостей речовини мається на увазі стрибок при зміні температури і тиску. В реальності ж, впливаючи на систему, ми змінюємо не ці величини, а її об'єм і її повну внутрішню енергію. Ця зміна завжди відбувається з якоюсь скінченною швидкістю, а значить для того, щоб «покрити» весь розрив в густині або питомій внутрішній енергії, нам потрібен якийсь час. Протягом цього часу фазовий перехід відбувається не відразу у всьому об'ємі речовини, а поступово. При цьому в разі фазового переходу першого роду виділяється (або поглинається) певна кількість енергії, яка називається теплотою фазового переходу. Для того, щоб фазовий перехід не зупинявся, потрібно безперервно відводити (або підводити) це тепло, або компенсувати його здійсненням роботи над системою.

В результаті, протягом цього часу точка на фазовій діаграмі, що описує систему, «завмирає» (тобто тиск і температура залишаються постійними) до повного завершення процесу.

Див. також Редагувати

Література Редагувати

Примітки Редагувати

  1. ↑ Гухман А. А., Об основаниях термодинамики, 2010, с. 300.
  2. Карякин Н. В., Основы химической термодинамики, 2003, с. 210.
  3. Полторак О. М., Термодинамика в физической химии, 1991, с. 131.
  4. Новиков И. И., Термодинамика, 1984, с. 249.
  5. Румер Ю. Б., Рывкин М. Ш., Термодинамика, статистическая физика и кинетика, 2000, с. 270.
Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Fa zovij perehi d u fizici oznachaye taku transformaciyu vnutrishnoyi strukturi rechovin pri yakij vidbuvayetsya rizkij stribok pevnoyi fizichnoyi harakteristiki sistemi viklikanij maloyu zminoyu inshoyi harakteristiki Rozriznyayut fazovi perehodi pershogo i drugogo rodu Perehid rechovini z odniyeyi termodinamichnoyi fazi do inshoyi u razi zmini zovnishnih umov Zmist 1 Klasifikaciya 2 Kvantovi fazovi perehodi 3 Prikladi 4 Dinamika fazovih perehodiv 5 Div takozh 6 Literatura 7 PrimitkiKlasifikaciya RedaguvatiPri fazovih perehodah pershogo rodu poglinayetsya abo vidilyayetsya prihovana teplota Fazovi perehodi drugogo rodu vidbuvayutsya bez poglinannya chi vidilennya tepla Taka suchasna klasifikaciya desho vidriznyayetsya vid klasifikaciyi Erenfesta yakij nazvav fazovimi perehodami pershogo rodu perehodi pri yakih stribkom minyayutsya pershi pohidni vid vilnoyi energiyi a fazovimi perehodami drugogo rodu ti pri yakih stribkom minyayutsya vidpovidno drugi pohidni vid vilnoyi energiyi Inshi vidminni vid vilnoyi energiyi termodinamichni potenciali napriklad vnutrishnya energiya abo entalpiya pri fazovih perehodah pershogo rodu minyayutsya stribkom Nedolikom klasifikaciyi Erenfesta ye te sho pri deyakih fazovih perehodah pohidni vid vilnoyi energiyi pryamuyut do neskinchennosti napriklad teployemnist pri fazovomu perehodi do feromagnitnogo stanu Isnuvannya fazovih perehodiv bilsh nizh drugogo poryadku do cih pir eksperimentalno ne dovedeno 1 2 3 4 Teoretichnij analiz ne daye pidstav vvazhati fazovi perehodi vishih poryadkiv principovo nemozhlivimi boze kondensaciya dlya gazu vilnih bozoniv ye prikladom fazovogo perehodu tretogo rodu v Termodinamichna sistema virtualnij termodinamichnij sistemi 5 ale vzhe dlya fazovogo perehodu tretogo rodu umovi rivnovagi nakladayut nastilki silni obmezhennya na vlastivosti rechovini sho taki perehodi predstavlyayutsya yaksho i zdijsnennimi v principi to vkraj ridko realizovanimi 1 Ostannim chasom shirokogo poshirennya nabulo ponyattya kvantovogo fazovogo perehodu tobto fazovogo perehodu kerovanogo ne klasichnimi teplovimi fluktuaciyami a kvantovimi yaki isnuyut navit pri absolyutnomu nuli temperatur de klasichnij fazovij perehid ne mozhe realizuvatisya vnaslidok teoremi Nernsta Kvantovi fazovi perehodi RedaguvatiPid kvantovimi fazovimi perehodami rozumiyut fazovi perehodi yaki vinikayut u fizichnih sistemah pri temperaturi T 0 displaystyle T 0 nbsp za variaciyi pevnogo parametru x displaystyle x nbsp magnitnogo polya shilnosti mnozhini elektroniv abo dirok tisku Kvantovi fazovi perehodi sposterigayutsya u fermi sistemah u yakih odnochastinkovi stupeni vilnosti silno korelyuyut Zokrema u tyazhkofermionnih spolukah C e C u 6 x A u x Y b R h 2 S i 2 Y b R h 2 S i G e 2 C e P d 2 S i 2 C e I n 3 C e C o I n 5 displaystyle mathrm CeCu 6 x Au x YbRh 2 Si 2 YbRh 2 Si Ge 2 CePd 2 Si 2 CeIn 3 CeCoIn 5 nbsp Takozh u dvohvimirnomu elektronnomu gazi inversijnogo sharu kremniyevih polovih tranzistoriv j u plivkah 3 H e displaystyle mathrm 3 He nbsp na riznih pidstavkah U okili kvantovoyi kritichnoyi tochki na fazovij ploshini x T displaystyle x T nbsp sposterigayetsya nefermi ridkisna povedinka riznih harakteristik sistemi teployemnosti magnitnoyi sprijnyatlivosti elektrichnogo oporu tosho za nizkih temperatur j fiksovanogo znachennya x displaystyle x nbsp a takozh neregulyarna povedinka vidpovidnih funcij iz zminoyu x displaystyle x nbsp pri danomu T displaystyle T nbsp Rozuminnya prirodi kvantovih fazovih prerehodiv u kvantovij kritichnij tochci rozgaluzhuyetsya Storonniki procesu kvantovih kritichnij fluktuacij vvazhayut sho kvantova kritichna tochka ototozhnyuyetsya iz tochkoyu yaka rozdilyaye pri T 0 displaystyle T 0 nbsp na fazovi diagrami x T displaystyle x T nbsp oblasti vporyadkovanoyi j nevporyadkovanoyi faz u yakij vidbuvayetsya kvantovij fazovij perehid obumovlenij diyeyu kvantovih kolektivnih fluktuacij Inshij poglyad pov yazanij iz ideyeyu pro specifichnu povedinku kvazichastinkovih stupeniv vilnosti pri nablizhenni sistemi do tochki kondensaciyi kolektivnoyi modi za yakoyu vinikaye vproryadkovana faza Rivnyannya fermi ridkisnogo pidhodu po obidvi storoni vid kvantovoyi kritichnoyi tochki e p p e 0 p p f p p n p p d v displaystyle frac partial varepsilon p partial p frac partial varepsilon 0 p partial p int f p p frac partial n p partial p dv nbsp n p 1 exp e p T 1 displaystyle n p 1 exp frac varepsilon p T 1 nbsp 2 n p d v r displaystyle 2 int n p dv rho nbsp de e 0 p p 2 2 m displaystyle varepsilon 0 p frac p 2 2m nbsp pustotnij spektr T displaystyle T nbsp temperatura r displaystyle rho nbsp shilnist mnozhini chastinok d v d N p 2 p N displaystyle dv d N frac p 2 pi N nbsp element ob yemu N displaystyle N nbsp vimirnogo impulsnogo prostoru Pershe rivnyannya spivvidnoshennya Landau mizh kvazichastinkovim spektrom e p displaystyle varepsilon p nbsp j kvazichastinkovoyu funkciyeyu vzayemodiyi f p p displaystyle f p p nbsp dlya odnoridnih fermi sistem yake ye naslidkom translyacijnoyi invariantnosti Druge rivnyannya statistichna formula Fermi Diraka u yakij kvazichastinkovij spektr rozglyadayetsya yak funkcional kvazichastinkovogo impulsnogo rozpodilu n p displaystyle n p nbsp Ostannye rivnyannya umova stalosti chisla chastinok u sistemi Vivchennya topologichnih fazovih perehodiv zdijsnyuvalosya Ye M Lifshicem Prikladi RedaguvatiPrikladami fazovih perehodiv pershogo rodu ye zmina agregatnogo stanu plavlennya i kristalizaciya viparovuvannya i kondensaciya sublimaciya i desublimaciya nbsp Prikladami fazovih perehodiv drugogo rodu ye perehid rechovini do stanu nadplinnosti parametr poryadku gustina nadplinnoyi komponenti perehid do nadprovidnosti parametr poryadku gustina nadprovidnogo kondensatu perehid mizh feromagnetikom i paramagnetikom parametr poryadku namagnichenist segnetoelektrikom i dielektrikom perehid mizh ridkokristalichnoyu fazoyu i fazoyu zvichajnoyi izotropnoyi ridini Dinamika fazovih perehodiv RedaguvatiYak skazano vishe pid stribkopodibnoyu zminoyu vlastivostej rechovini mayetsya na uvazi stribok pri zmini temperaturi i tisku V realnosti zh vplivayuchi na sistemu mi zminyuyemo ne ci velichini a yiyi ob yem i yiyi povnu vnutrishnyu energiyu Cya zmina zavzhdi vidbuvayetsya z yakoyus skinchennoyu shvidkistyu a znachit dlya togo shob pokriti ves rozriv v gustini abo pitomij vnutrishnij energiyi nam potriben yakijs chas Protyagom cogo chasu fazovij perehid vidbuvayetsya ne vidrazu u vsomu ob yemi rechovini a postupovo Pri comu v razi fazovogo perehodu pershogo rodu vidilyayetsya abo poglinayetsya pevna kilkist energiyi yaka nazivayetsya teplotoyu fazovogo perehodu Dlya togo shob fazovij perehid ne zupinyavsya potribno bezperervno vidvoditi abo pidvoditi ce teplo abo kompensuvati jogo zdijsnennyam roboti nad sistemoyu V rezultati protyagom cogo chasu tochka na fazovij diagrami sho opisuye sistemu zavmiraye tobto tisk i temperatura zalishayutsya postijnimi do povnogo zavershennya procesu Div takozh RedaguvatiParametr poryadku Prihovana teplota Kritichni indeksi Obertalnij fazovij perehid Fazovij perehid n go rodu Fazovij perehid drugogo rodu Fazovij perehid pershogo rodu Fazove peretvorennya vuglevodniv Pam yat zi zminoyu fazovogo stanu Tisk shodzhennyaLiteratura RedaguvatiGomonaj V I Gomonaj O V Fizichna himiya Uzhgorod Patent 2004 712 s Mala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Shidnij vidavnichij dim 2013 T 3 S Ya 644 s Primitki Redaguvati a b Guhman A A Ob osnovaniyah termodinamiki 2010 s 300 Karyakin N V Osnovy himicheskoj termodinamiki 2003 s 210 Poltorak O M Termodinamika v fizicheskoj himii 1991 s 131 Novikov I I Termodinamika 1984 s 249 Rumer Yu B Ryvkin M Sh Termodinamika statisticheskaya fizika i kinetika 2000 s 270 nbsp Ce nezavershena stattya z fiziki Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Fazovij perehid amp oldid 36120811