Faseovergang

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 22. november 2020; checks kræver 4 redigeringer .

Faseovergang (fasetransformation) i termodynamik  er et stofs overgang fra en termodynamisk fase til en anden, når ydre forhold ændres. Fra synspunktet om bevægelsen af ​​et system langs et fasediagram med en ændring i dets intensive parametre ( temperatur , tryk osv.), sker der en faseovergang, når systemet krydser linjen, der adskiller to faser. Da forskellige termodynamiske faser er beskrevet af forskellige tilstandsligninger , er det altid muligt at finde en mængde, der ændrer sig brat under en faseovergang.

Da opdelingen i termodynamiske faser er en finere klassifikation af tilstande end opdelingen i aggregerede tilstande af stof, er langt fra enhver faseovergang ledsaget af en ændring i den aggregerede tilstand. Men enhver ændring i aggregeringstilstanden er en faseovergang.

De hyppigst betragtede faseovergange er dem med en ændring i temperatur, men ved et konstant tryk (normalt lig med 1 atmosfære). Derfor bruges ofte begreberne ”punkt” (frem for linje) om en faseovergang, smeltepunkt osv. En faseovergang kan naturligvis både ske ved trykændring og ved konstant temperatur og tryk, men også med en ændring i koncentrationen af ​​komponenter (for eksempel udseendet af saltkrystaller i en opløsning , der er nået mætning).

Klassifikation af faseovergange

Under en faseovergang af den første art ændres de vigtigste primære parametre brat: specifikt volumen , mængden af ​​lagret intern energi , koncentration af komponenter osv. Vi understreger: vi mener en brat ændring i disse størrelser, når temperatur, tryk osv. ., og ikke en brat ændring i tid (for sidstnævnte, se afsnittet Dynamik af faseovergange nedenfor ).

De mest almindelige eksempler på første-ordens faseovergange er :

Under en faseovergang af den anden art ændres tætheden og den indre energi ikke, så en sådan faseovergang er muligvis ikke mærkbar for det blotte øje. Springet opleves af deres derivater med hensyn til temperatur og tryk: varmekapacitet, termisk udvidelseskoefficient, forskellige følsomheder osv.

Faseovergange af den anden art forekommer i de tilfælde, hvor symmetrien af ​​stofstrukturen ændres ( symmetri kan helt forsvinde eller falde). Beskrivelsen af ​​en andenordens faseovergang som følge af en ændring i symmetri er givet af Landaus teori . På nuværende tidspunkt er det sædvanligt ikke at tale om en ændring i symmetri, men om udseendet af en ordreparameter ved overgangspunktet . Værdien af ​​ordensparameteren bestemmes på en sådan måde, at dens værdi i den asymmetriske fase er forskellig fra nul og er lig med nul i den symmetriske fase. Med andre ord øges kroppens symmetri, når ligestillingen nøje er opfyldt . Hvis der er en vilkårlig lille afvigelse af ordensparameteren fra nul, indikerer dette et fald i symmetri. I tilfælde af kontinuerlig tendens til nul taler vi om faseovergange af anden art. En kontinuerlig tilstandsændring ved punktet af en andenordens faseovergang medfører en kontinuerlig ændring i termodynamiske funktioner på samme punkt.

De mest almindelige eksempler på andenordens faseovergange er:

Eksistensen af ​​faseovergange på mere end anden orden er endnu ikke blevet eksperimentelt bekræftet [1] [2] [3] [4] [5] . Teoretisk analyse giver ingen grund til at anse højere-ordens faseovergange fundamentalt umulige [1] ( Bose-kondensering for en gas af frie bosoner er et eksempel på en tredjeordens faseovergang i et virtuelt termodynamisk system [6] ), men selv for en tredjeordens faseovergang, lægger ligevægtsbetingelserne så stærke begrænsninger på stoffets egenskaber, at sådanne overgange synes at være gennemførlige i princippet, men yderst sjældent realiserede [2] .

For nylig er begrebet kvantefaseovergang blevet udbredt , det vil sige en faseovergang styret ikke af klassiske termiske fluktuationer , men af ​​kvantesvingninger, som eksisterer selv ved absolutte nultemperaturer , hvor den klassiske faseovergang ikke kan realiseres på grund af Nernst sætning .

Dynamik af faseovergange

Som nævnt ovenfor betyder et spring i et stofs egenskaber et spring med en ændring i temperatur og tryk. I virkeligheden, når vi handler på systemet, ændrer vi ikke disse mængder, men dets volumen og dets samlede indre energi. Denne ændring sker altid med en begrænset hastighed, hvilket betyder, at for at "dække" hele hullet i tæthed eller specifik indre energi, har vi brug for en begrænset tid. I løbet af denne tid sker faseovergangen ikke umiddelbart i hele stoffets volumen, men gradvist. I dette tilfælde, i tilfælde af en faseovergang af den første slags, frigives (eller fjernes) en vis mængde energi, som kaldes varmen fra faseovergangen . For at faseovergangen ikke skal stoppe, er det nødvendigt løbende at fjerne (eller tilføre) denne varme eller kompensere for det ved at udføre arbejde på systemet.

Som et resultat, i løbet af denne tid, "fryser" punktet på fasediagrammet, der beskriver systemet, (det vil sige, at trykket og temperaturen forbliver konstant), indtil processen er afsluttet.

Noter

  1. ↑ 1 2 Aleshkevich V. A., Molecular Physics, 2016 , s. 241.
  2. ↑ 1 2 Gukhman A. A., On the foundations of thermodynamics, 2010 , s. 300.
  3. ↑ Karyakin N.V., Fundamentals of chemical thermodynamics, 2003 , s. 210.
  4. ↑ Poltorak O. M., Termodynamik i fysisk kemi, 1991 , s. 131.
  5. ↑ Novikov I.I., Thermodynamics, 1984 , s. 249.
  6. ↑ Yu. B. Rumer, M. Sh. Ryvkin, Thermodynamics, statistical physics and kinetics, 2000 , s. 270.

Litteratur

 Termodynamik
Afsnit af termodynamik
Termodynamikkens principper