Фазовые переходы I и II рода. Фазой называется термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по своим физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же

Фазой называется термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по своим физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества. Если, например, в закрытом сосуде находится вода, то эта система является двухфазной: жидкая фаза – вода, газообразная фаза – водяной пар (или смесь водяного пара с воздухом). Если в воду бросить кусочки льда в достаточно большом количестве, то после установления термодинамического равновесия такая система станет трёхфазной, в которой лёд будет являться твёрдой фазой.

Необходимо отметить, что хотя понятие " фаза " употребляется в смысле агрегатного состояния вещества, однако оно шире – в пределах одного агрегатного состояния вещество может находиться в нескольких фазах (у льда существует 5 фаз!)

Переход вещества из одной фазы в другую – фазовый переход – всегда связан с качественными изменениями свойств веществ. Примером фазового перехода могут служить изменения агрегатного состояния вещества (плавление) или переходы, связанные с изменениями в составе, строении и свойствах вещества (переход сплавов железа из аустенита в мартенсит).

Различают фазовые переходы двух видов (родов).

Фазовый переход I рода (например, плавление, кристаллизация и т.п.), сопровождается поглощением или выделением теплоты, называемой теплотой фазового перехода. Фазовые переходы I рода характеризуются постоянством температуры, изменениями энтропии и объёма.

Примером фазового перехода I рода является плавление твёрдого тела. Подводимая при плавлении теплота идёт не нагрев тела, а на разрыв межатомных связей, поэтому плавление протекает при постоянной температуре. При подобных переходах – из более упорядоченного кристаллического состояния в менее упорядоченное жидкое состояние – степень беспорядка увеличивается, т.е., согласно второму началу термодинамики, этот процесс связан с возрастанием энтропии системы. Изменение объёма расплава по отношению к объёму твёрдого тела зависит от строения кристаллической решётки твёрдого тела и может как уменьшаться, так и увеличиваться (при плавлении льда его объём уменьшается).

Фазовые переходы, не связанные с поглощением или выделением теплоты и изменением объёма, называются фазовыми переходами II рода. Эти переходы характеризуются постоянством объёма и энтропии, но также скачкообразным изменением теплоёмкости. По теории Л.Д. Ландау фазовые переходы II рода связаны с изменением симметрии структуры: выше точки перехода система, как правило, обладает более высокой симметрией, чем при температуре ниже точки перехода. Примерами фазовых переходов II рода являются переход ферромагнитных веществ (железа, никеля) при определённых давлениях и температурах в парамагнитное состояние, переход металлов и сплавов в сверхпроводящее состояние, характеризуемое скачкообразным уменьшением электрического сопротивления до нуля.

Дата добавления: 2014-01-20