Фазовый переход
-
Фазовые переходы в физике и химии
- Фазовый переход — это изменение состояния среды между твердым, жидким, газообразным и плазменным состояниями.
- Фаза термодинамической системы и состояния вещества обладают одинаковыми физическими свойствами.
- Фазовые переходы происходят при изменении внешних условий, таких как температура или давление.
-
Типы фазовых переходов
- Состояния материи: переходы между твердой, жидкой и газообразной фазами.
- Структурные переходы: аллотропия и полиморфизм.
- Притягательные переходы: магнитные фазовые переходы.
- Смеси: конгруэнтное плавление, эвтектическое и перитектическое превращения.
-
Другие примеры фазовых переходов
- Переход к мезофазе между твердым телом и жидкостью.
- Зависимость геометрии адсорбции от покрытия и температуры.
- Сверхпроводимость и квантовая конденсация бозонных жидкостей.
- Нарушение симметрии в законах физики на заре истории Вселенной.
- Фракционирование изотопов при фазовых переходах.
-
Классификация фазовых переходов
- Классификация по Эренфесту: переходы первого и второго рода.
- Фазовые переходы первого рода: скачкообразное изменение плотности.
- Фазовые переходы второго рода: непрерывное изменение параметра порядка, прерывистость второй производной свободной энергии.
- Фазовые переходы третьего рода: резкие изменения удельной теплоемкости.
- На практике обычно наблюдаются только переходы первого и второго рода.
-
Фазовые переходы второго рода
- Корнелис Гортер предложил раздвоенный вид поверхности свободной энергии Гиббса.
- Классификация Эренфеста допускает непрерывные фазовые превращения.
- Пример: граница сверхкритической жидкости и газа.
-
Современные классификации
- Фазовые переходы первого рода связаны со скрытым выделением тепла.
- Примеры: таяние льда, кипячение воды.
- Фазовые переходы второго порядка характеризуются различной восприимчивостью и степенным затуханием корреляций.
- Примеры: ферромагнитный переход, сверхпроводящий переход.
-
Характерные свойства
- Фазовое сосуществование: переход первого рода может быть неполным.
- Критические точки: переход между жидкостью и газом становится переходом второго порядка.
- Симметрия: фазовые переходы часто связаны с нарушением симметрии.
-
Параметры порядка
- Параметр порядка — мера степени упорядоченности по границам системы.
- Примеры: суммарная намагниченность в ферромагнитной системе.
- Параметры порядка могут быть комплексными числами, векторами или тензорами.
-
Актуальность в космологии
- Фазовые переходы играют важную роль в космологии.
- Вакуум претерпевал серию фазовых переходов по мере расширения и охлаждения Вселенной.
-
Электрослабый переход и асимметрия Вселенной
- Электрослабый переход нарушил симметрию SU(2)×U(1) на U(1)
- Важен для объяснения асимметрии между веществом и антивеществом
-
Фазовые переходы в расширяющейся Вселенной
- Постепенные фазовые переходы связаны с развитием порядка
- Теории относительного порядка и порядка и беспорядка
-
Критические показатели и универсальность
- Непрерывные фазовые переходы легче изучать
- Критические показатели описывают отклонение длины тепловой корреляции
- Универсальность: критические показатели не зависят от химического состава
-
Критические явления и динамика
- Критические явления включают критическое замедление и ускорение
- Усиленные флуктуации перед фазовым переходом
-
Фазовые переходы в биологических системах
- Важны для образования липидного бислоя и сворачивания белков
- Биологические мембраны переходят из геля в жидкокристаллическую фазу
- Некоторые биологические системы могут находиться вблизи критических точек
-
Фазовые переходы в социальных системах
- Гипотеза о фазовых переходах в социальных системах
- Переход от ненасильственного конфликта к вооруженному конфликту
-
Экспериментальные методы
- Эффект Холла, мессбауэровская спектроскопия, дифракция нейтронов
- Возмущенная угловая корреляция, рамановская спектроскопия, SQUID
- Термогравиметрия, дифракция рентгеновских лучей
-
Дифференциальная сканирующая калориметрия
- Термоаналитический метод
- Бездиффузионные преобразования
-
Уравнения Эренфеста
- Математическая модель ферромагнетизма
- Заклинивание (физика)
-
Силовой микроскоп с зондом Кельвина
- Бесконтактный вариант атомно-силовой микроскопии
-
Теория Ландау
- Теория непрерывных фазовых переходов второго рода
-
Выращивание кристаллов на пьедестале с лазерным нагревом
- Методы выращивания кристаллов
-
Список состояний материи
- Различные известные фазы состояний материи
-
Технология выращивания микрокристаллов методом вытягивания вниз
- Метод выращивания микрокристаллов
-
Теория перколяции континуума
- Теория, описывающая процессы в континууме
-
Сверхтекучая пленка
- Тонкий слой жидкости в сверхтекучем состоянии
-
Сверхизлучательный фазовый переход
- Процесс в квантовой оптике
-
Топологическая квантовая теория поля
- Теория поля, включающая топологические эффекты
-
Рекомендации
- Дальнейшее чтение
- Книги и статьи по теме