Физическая энциклопедия - фазовый переход

(фазовое превращение), в широком смысле переход в-ва из одной фазы в другую при изменении внеш. условий темп-ры, давления, магн. и электрич. полей и т. д.; в узком смысле скачкообразное изменение физ. св-в при непрерывном изменении внеш. параметров. Различие двух трактовок термина «Ф. п.» видно из след. примера. Переход в-ва из газовой фазы в плазменную (см.

Мн. в-ва при малых давлениях кристаллизуются в неплотноупакованные структуры. Напр., крист. водород состоит из молекул, находящихся на сравнительно больших расстояниях друг от друга; структура графита представляет собой ряд далеко отстоящих слоев атомов углерода. При достаточно высоких давлениях таким рыхлым структурам соответствуют большие значения энергии Гиббса.

давлении остаются жидкими вплоть до самых низких из достигнутых темп-р (T-0,001 К). Причина этого в слабом вз-ствии ч-ц и большой амплитуде их колебаний при темп-рах, близких к абс. нулю (т. н. нулевых колебаний; (см. НУЛЕВАЯ ЭНЕРГИЯ). Однако повышение давления (до =20 атм при T»0 К) приводит к затвердеванию жидкого гелия. Для Ф. п. I рода характерно существование области метастабильного равновесия вблизи кривой Ф.

д. Л. Д. Ландау предложил (1937) общую трактовку всех Ф. п. II рода как точек изменения симметрии: выше точки перехода система, как правило, обладает более высокой симметрией, чем ниже точки перехода. Напр., в магнетике выше точки перехода направления спиновых магн. моментов (см. СПИН) ч-ц распределены хаотически, поэтому одноврем. вращение всех спинов вокруг одной и той же оси на одинаковой для всех спинов угол не меняет физ.

св-ва системы. Ниже точки перехода спины имеют преимуществ. ориентацию, и одновременный их поворот в указанном выше смысле изменяет направление магн. момента системы. Др. пример: в двухкомпонентном сплаве, атомы к-рого А и Б расположены в узлах простой кубической крист. решётки, неупорядоченное состояние характеризуется хаотич.

Но точно такая же картина наблюдается и в критич. точке на кривой Ф. п. I рода (см. КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ). Сходство оказывается очень глубоким. Ок. критич. точки состояние в-ва можно характеризовать величиной, играющей роль параметра порядка. Напр., в случае критич. точки на кривой равновесия жидкость-пар это отклонение плотности от ср.

п. II рода фазы мало отличаются друг от друга, возможно образование зародышей большого размера одной фазы в другой фазе (флуктуация), точно так же, как вблизи критич. точки. С этим связаны многие критич. явления при Ф.п. II рода: бесконечный рост магнитной восприимчивости ферромагнетиков и диэлектрической восприимчивости сегнетоэлектриков (аналогом явл.

д. Ср. размер флуктуации (радиус корреляций) R растёт по мере приближения к точке Ф. п. II рода и становится в этой точке бесконечно большим. Совр. достижения теории Ф. п. II рода и критич. явлений основаны на гипотезе подобия. Предполагается, что если принять R за единицу измерения длины, а ср. величину параметра порядка в кубике с ребром R за единицу измерения параметра порядка, то вся картина флуктуации не будет зависеть ни от близости к точке перехода, ни от конкретного в-ва.

Все термодинамич. величины, определяющие Ф. п. II рода, оказываются степенными функциями Л. Показатели степеней наз. критическими размерностями (индексами). Они не зависят от конкретного в-ва и определяются лишь хар-ром параметра порядка. Напр., размерности в точке Кюри изотропного материала, параметром порядка к-рого явл. намагниченность, отличаются от размерностей в критич.

точке жидкость-пар или в точке Кюри одноосного магнетика, где параметр порядка скалярная величина. Ок. точки перехода уравнение состояния имеет характерный вид закона соответственных состояний. Напр., вблизи критич. точки жидкостьпар отношение (r-rк)/(rж-rг) зависит только от ((p-pк)/(rж-rг)) •Кт. Здесь r плотность, rк критич. плотность, rж плотность жидкости, rг плотность газа, р давление, рк критич.

размерностей приведены в табл.:КРИТИЧЕСКИЕ РАЗМЕРНОСТИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ И КИНЕТИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ITк -критич. темп-ра. 2 Производная плотности по давлению, намагниченности по напряжённости магн. поля и др. Дальнейшее развитие теории Ф. п. II рода связано с применением методов квант. теории поля, в особенности метода ренормализац.

группы. Метод ренормгруппы состоит в последоват. суммировании по всевозможным флуктуациям с масштабами, меньшими нек-рого l, при фиксиров. флуктуациях с размерами, большими l. Изменяя затем масштабы измерения длин, возвращаемся к системе с первонач. линейными параметрами, но с несколько изменённой энергией. Такое преобразование энергии носит назв.

преобразования ренормировки. Условие неизменности энергии при преобразовании ренормировки, когда масштаб l стремится к бесконечности, определяет критич. точку. Законы изменения энергии при малых отклонениях от критич. точки определяют критич. индексы. Этот метод позволяет в принципе найти критич. индексы с любой требуемой точностью.

Деление Ф. п. на два рода несколько условно, т. к. бывают Ф. п. I рода с малыми скачками теплоёмкости и др. величин и малыми теплотами перехода при сильно развитых флуктуациях. Ф. п.коллективное явление, происходящее при строго определённых значениях темп-ры и др. величин только в системе, имеющей в пределе сколь угодно большое число частиц.