相転移は、相転移の主な種類です (物理的な分類)。 物質の相転移 相転移温度化学の表をダウンロード

相転移、広い意味での相転移 - ある物質からある物質への移行 フェーズ温度、圧力、磁気、電気などの外部条件が変化すると、別の状態になります。 フィールドなど; 狭義では、身体の急激な変化。 外部パラメータが連続的に変化するプロパティ。 「F. p.」という用語の2つの解釈の違い。 次の例からわかります。 狭義には、気相からプラズマ相への物質の転移 (cf. プラズマ）は F. p. ではありません。 イオン化徐々にガスが発生しますが、広い意味ではF.p.であり、この記事では「F.p.」という用語を使用しています。 狭義で考えます。

温度、圧力、または k.-l の値。 別の物理的な 相転移が起こる量は転移点と呼ばれます。

F.p.は2種類あります。 第 1 種 F. p. の間、このような熱力学的条件は急激に変化します。 成分の密度、濃度などの物質の特性。 質量の単位では、非常に明確な量の熱が放出または吸収されます。 転移熱。 F. p. ある種の物理的な第二種の。 遷移点の一方の側でゼロに等しい値は、遷移点から反対側に移動するにつれて (ゼロから) 徐々に増加します。 この場合、密度と濃度は連続的に変化し、熱は放出または吸収されません。

F. p. は、自然界に広く存在する現象です。 第 1 種のフォニック現象には、蒸発と凝縮、融解と凝固、固相への昇華と凝縮、固体の特定の構造遷移などがあります。 教育 マルテンサイト鉄-炭素合金で。 で 反強磁性体第 1 種の相転移は、軸に沿って向けられた外部磁場で発生します。 磁場の特定の値で、磁気副格子のモーメントは磁場の方向に対して垂直に回転します (副格子の「反転」が発生します)。 純粋な超伝導体では、磁場が超伝導状態から通常状態への第 1 種の相転移を引き起こします。 .

で 絶対零度温度と一定の体積では、エネルギー値が最も低い相が熱力学的に平衡です。 この場合の最初の種類の相転移は、2つの異なる相のエネルギーが比較される圧力と外部場の値で発生します。 体のボリュームを直さないと V、そして圧力 R、次に熱力学的状態。 平衡、最小値はギブス エネルギー F (または G) であり、相平衡の遷移点には、同じ値の F を持つ相があります。 .

低圧では、多くの物質が結晶化して疎に詰まった構造になります。 たとえば、結晶 水素互いに比較的大きな距離にある分子で構成されています。 構造 黒鉛一連の離れた炭素原子の層です。 十分に高い圧力では、このような緩い構造はギブス エネルギーの大きな値に対応します。 これらの条件下でのФのより低い値は、平衡最密相に対応します。 したがって、高圧では、グラファイトは次のように変化します。 ダイヤモンド、そして分子結晶。 水素は原子（金属）に入る必要があります。 量子液体 3 He と 4 He は、到達する最低温度 (T ~ 0.001 K) まで常圧で液体のままです。 この理由は、粒子の弱い相互作用と、abs に近い temp-pax での粒子の振動の振幅が大きいためです。 ゼロ（いわゆるゼロ振動 ). ただし、圧力の増加 (最大 20 気圧 T = 0 K で) 液体ヘリウムの凝固につながります。 temp-pax がゼロでなく、圧力と温度が指定されている場合でも、平衡フェーズは最小ギブス エネルギー (システムに報告される圧力の仕事と熱量が差し引かれる最小エネルギー) を持つフェーズです。 .

F. p. I kind は、曲線 F. p. I kind の近くに準安定平衡領域が存在することによって特徴付けられます (たとえば、液体を沸点以上の温度に加熱したり、凝固点以下に過冷却したりすることができます)。 . 準安定状態 Fの値が低い（熱力学的により有利な）新しい相の形成が、この相の核の出現とともに始まるため、非常に長い間存在します。 核の形成中のΦ値の増加はその体積に比例し、損失は表面積に比例します（値に 表面エネルギー）。その結果、小さな胚が増加します フ、したがって、圧倒的な確率で減少し、消滅します。 しかし、ある臨界サイズに達した原子核は成長し、物質全体が新しい段階に入ります。 胚の形成は重要です。 サイズは非常にまれなプロセスであり、めったに発生しません。 核形成の確率は重要です。 物質に異物の巨視的介在物が含まれていると、サイズが大きくなります。 サイズ (例: 液体中の粉塵)。 近い 臨界点平衡相と表面エネルギーの減少の違い、大きなサイズと奇妙な形の核が形成されやすく、物質の特性に影響を与えます .

F. p. II種の例 - 遷移常磁性体中の磁石内の磁気モーメントの出現 (それぞれの場合で特定の温度以下) - 強磁性体、遷移常磁性体中の反強磁性秩序 - 反強磁性体、金属および合金における超伝導の出現、 4 Heおよび 3 Heにおける超流動の発生、合金の秩序化、常誘電体の遷移中の物質の自発分極の出現 強誘電体等

L.D. ランダウ(1937) 対称性の変化点として、第 2 種のすべての PT の一般的な解釈を提案しました。遷移点の上では、システムは遷移点の下よりも対称性が高くなります。 たとえば、基本的な磁気モーメントの方向の遷移点より上の磁石では (スピン)粒子がランダムに分布しています。 したがって、すべてのスピンを同時に回転させても物理的な変化はありません。 システムプロパティ。 遷移点より下では、背中は優先的な向きを持っています。 それらが同時に回転すると、システムの磁気モーメントの方向が変わります。 別の例: 二成分合金では、その原子は AとB単純な立方体のノードに位置 結晶格子、無秩序状態は、格子サイト上の原子 L および B の無秩序な分布によって特徴付けられるため、格子が 1 周期シフトしてもその特性は変化しません。 遷移点より下では、合金原子は次のように並べられています。 ...アバ...このような格子の周期によるシフトは、すべての原子 A を B に、またはその逆に置き換えることにつながります。 原子の配列に秩序が確立された結果、格子の対称性が低下します。

対称性自体が突然現れたり消えたりします。 ただし、非対称性を特徴付ける値 (次数パラメーター) は連続的に変化する可能性があります。 第 2 種の相転移の場合、順序パラメーターは転移点より上および転移点自体でゼロに等しくなります。 同様に、強磁性体の磁気モーメント、電気なども動作します。 強誘電体の分極、液体 4 He 中の超流動成分の密度、原子を検出する確率 しかし結晶の対応するサイトで。 二成分合金格子など

密度、濃度、および遷移熱に急激な変化がないことは、第 2 種フェーズ II の特徴です。 しかし、まったく同じ状況がクリティカルで観察されます。 曲線上の点 F. p. 第一種 . 類似性は非常に深いです。 クリティカルに近い つまり、物質の状態は、秩序パラメーターの役割を果たす量によって特徴付けることができます。 例えばクリティカルの場合 気液平衡曲線上の点は、平均値からの密度偏差です。 クリティカルに沿って移動する場合 アイソコア高温側ではガスは均質であり、この値はゼロに等しくなります。 下 臨界温度物質は2つの相に分離し、それぞれの相で密度の臨界値からの偏差はゼロに等しくありません。 フェーズ II フェーズのポイントの近くではフェーズが互いにほとんど変わらないため、1 つのフェーズの大きな核を別のフェーズで形成することが可能です。 （変動）、近臨界と同じように。 ポイント。 多くの批判がこれに関連しています。 第 2 種の F. p. 中の現象: 強磁性体の磁化率と強誘電体の誘電率の無限の増加 (類似物は、液体蒸気の臨界点付近での圧縮率の増加です)、熱容量の無限の増加、電磁波の異常散乱[液体および蒸気中の光の , 固体中のX線]、強磁性体中の中性子。 動的現象も大幅に変化します。これは、結果として生じる変動の吸収が非常に遅いことに関連しています。 たとえば、クリティカルの近くで ポイント液体蒸気はレイリー線を狭めます 光散乱、近く キュリー点強磁性体と ニールポイント反強磁性体、スピン拡散が遅くなる など。 ゆらぎの大きさ（相関半径） R第 2 種 F. p. のポイントに近づくにつれて増加し、このポイントで無限に大きくなります。

第二種の機能的現象と臨界現象の理論における現代の進歩は、類似仮説に基づいています。 受け入れた場合、 R長さの単位あたり、および参照。 エッジのあるセルの順序パラメータの値 R-オーダーパラメータの測定単位ごとに、変動のパターン全体は遷移点への近さにも特定の物質にも依存しません。 すべて熱力学。 量はベキ関数です R.指数はクリティカル ディメンション (インデックス) と呼ばれます。 それらは特定の物質に依存せず、順序パラメーターの性質によってのみ決定されます。 たとえば、等方性材料のキュリー点での寸法は、その秩序パラメーターが磁化ベクトルであり、臨界点での寸法とは異なります。 ポイント液体 - 蒸気または一軸磁石のキュリー点で、順序パラメーターはスカラー値です。

乗り換えポイント付近 状態方程式特徴的な法律形式を持っている 対応する州。たとえば、クリティカルの近くで ポイント気液比 (p - p k) / (p f - p g) は (p - p c) / (p f - p g) のみに依存 * K T(ここで、p は密度、p k は臨界密度、p f は液体の密度、p g は気体の密度、 R -圧力、p ～ - 臨界圧力、 K T -等温 圧縮率)、さらに、スケールの適切な選択による依存のタイプは、すべての液体で同じです .

理論的には大きな進歩がありました クリティカル計算。 次元と状態方程式は、実験データとよく一致しています。

第 2 種 FP の理論のさらなる発展は、場の量子論の方法、特に繰り込み群の方法の適用に関連しています。 この方法では、原則として、必要な精度で重要な指標を見つけることができます。

相転移の 2 種類への分割は、やや恣意的なものです。なぜなら、熱容量やその他の量の小さなジャンプを伴う第 1 種の相転移と、高度に発達したゆらぎを伴う小さな転移熱があるからです。 F. p. は、厳密に定義された温度およびその他の量の値で、限界内に任意の数の粒子があるシステムでのみ発生する集団現象です。

文献: Landau L.D., Lifshits E.M., Statistical Physics, 2nd ed., M., 1964 (Theoretical Physics, vol. 5); Landau L. D.、Akhiezer A. I.、Lifshits E. M.、一般物理学コース。 力学と分子物理学、第 2 版、M.、1969 年。 Bpayt R.、相転移、トランス。 英語から、M.、1967;Fisher M.、臨界状態の性質、トランス。 英語から、M.、1968; Stanley G.、相転移と臨界現象、トランス。 英語から、M.、1973; アニシモフ M. A.、液体中の臨界現象の研究、「物理科学の進歩」、1974 年、v. 114、c. 2; Patashinsky A. 3.、Pokrovsky V. L.、相転移の変動理論、M.、1975; 場の量子論と相転移の物理、トランス。 from English, M., 1975 (基礎物理学のニュース、第 6 号)。 Wilson K.、Kogut J.、くりこみ群と s-expansion、トランス。 英語、M.、1975 年 (基礎物理学のニュース、v. 5) から。

で。 L.ポクロフスキー。

BSEの資料によると。

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_0.jpg" alt="(!LANG:>フェーズ遷移">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_1.jpg" alt="(!LANG:>相転移の主な種類（物理的分類）">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_2.jpg" alt="(!LANG:>凝集沸騰（凝縮) 融解 (結晶化) 昇華"> Фазовые переходы с изменением агрегатного состояния кипение (конденсация) плавление (кристаллизация) сублимация (конденсация) Все эти процессы сопровождаются резким изменением порядка атомной, молекулярной или ионной структуры вещества (в зависимости от его природы). Обычно с изменением температуры эти фазовые переходы идут по такой схеме: дальний порядок (кристаллическая твердая фаза) ближний порядок (жидкость) беспорядок (газ) Увеличение температуры Уменьшение температуры дальний порядок (кристаллическая твердая фаза) беспорядок (газ) Иногда по другой:!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_3.jpg" alt="(!LANG:>2. 同素体 (多形) 相転移 多形相転移のみが起こる固体骨材で"> 2. Аллотропические (полиморфные) фазовые переходы Полиморфные фазовые переходы происходят только в твердом агрегатном состоянии между различными кристаллическими модификациями одного и того же вещества. Почти у каждого химического элемента или соединения имеется несколько модификаций; каждая из них обладает собственной структурой и определенными физико-химическими свойствами. Полиморфный ФП связан с изменением порядка атомной, молекулярной или ионной структуры вещества (в зависимости от его природы) и, как следствие, с изменением физико-химических свойств. ФП данного типа очень часто встречаются в реальных системах. Кристалл моноклинной серы Кристалл ромбической серы 95,5оС!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_4.jpg" alt="(!LANG:>3. 強誘電性相転移物質は、特定の条件下で知られています。条件、多分いくつか"> 3. Сегнетоэлектрические фазовые переходы Известны вещества, для которых при определенных условиях возможно некоторое упорядочение элементарных дипольных моментов даже при отсутствии внешнего электрического поля. Температуру, при которой это происходит, называют температурой сегнетоэлектрического ФП, или точкой Кюри. Сегнетоэлектрическая фаза – фаза с упорядоченными дипольными моментами, антисегнетоэлектрическая – с разупорядоченными. ВаTiO3 Вещества, в которых могут происходить сегнетоэлектрические ФП, называют сегнетоэлектриками.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_5.jpg" alt="(!LANG:>4. 不在時の磁気相転移"> 4. Магнитные фазовые переходы Известна группа веществ, обладающих большой спонтанной намагниченностью при отсутствии внешнего магнитного поля – это ферромагнетики. Для них возможно существование ферромагнитной и парамагнитной фаз. Ферромагнитная фаза соответствует упорядоченному состоянию элементарных магнитных моментов, парамагнитная – разупорядочению таких моментов. Элементарные магнитные моменты связаны со спиновыми магнитными моментами электронов; следовательно, упорядочение связано с электронной подсистемой вещества. Переход между этими фазами называют ферромагнитным ФП, а температуру, при которой он происходит – ферромагнитной температурой (точкой) Кюри.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_6.jpg" alt="(!LANG:>5. 強磁性相転移 特定の温度で秩序化する物質が知られています観察される"> 5. Сегнетоферромагнитные фазовые переходы Известны вещества, у которых при определенных температурах наблюдается упорядочение как электрических, так и магнитных моментов. Такие вещества называют сегнетоферромагнетиками. Сегнетоферромагнитная фаза состоит из двух подсистем – электрической и магнитной, каждая из которых претерпевает переход при разных температурах, поэтому сегнетоферромагнитный ФП следует характеризовать двумя температурами (точками) Кюри – сегнетоэлектрической и ферромагнитной. Поэтому весь такой ФП протекает в интервале температур, определяемом разностью сегнетоэлектрической и ферромагнитной температур Кюри. Электрическую и магнитную подсистемы нельзя считать вполне независимыми, т.к. между ними существует корреляция, хотя и слабая. Поэтому на электрические свойства сегнетоферромагнетиков можно повлиять, использую те факторы, которые действуют на магнитную подсистему, например, магнитное поле, и наоборот.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_7.jpg" alt="(!LANG:>6. 超電導状態への遷移"> 6. Переходы в сверхпроводящее состояние Сущность явления сверхпроводимости состоит в том, что электрическое сопротивление некоторых веществ в районе низких температур становится практически равным нулю. При повышении температуры это свойство исчезает, и вещество переходит в нормальную фазу. Температуру, при которой это происходит, называют критической. Температурные зависимости сопротивления нормального (N) и сверхпроводящего (S) металлов!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_8.jpg" alt="(!LANG:>超伝導転移温度上昇の年表 高温超伝導体の構造HgBa2CuO4+δ">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_9.jpg" alt="(!LANG:>2.19 K の温度で、液体ヘリウムは 2 つの相に分離します- HeI と HeII。"> При температуре 2,19 К жидкий гелий разделяется на две фазы – HeI и HeII. Сверхтекучесть, то есть способность жидкости течь без трения по очень тонким капиллярам, наблюдается для HeII. 7. Переходы в сверхтекучее состояние Аномальное течение HeII!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_10.jpg" alt="(!LANG:>上記の例からわかるように、非常に多様な FP."> Как видно из рассмотренных примеров, в термодинамической системе могут происходить очень разнообразные ФП. Очевидно, что для понимания сущности ФП необходимо сначала провести их классификацию, причем, эта классификация должна быть как можно более общей, не уводящей исследователя к рассмотрению множества частных случаев. Для рассмотрения общих закономерностей ФП необходимо ввести величины и функции, позволяющие описывать как отдельные фазы, так и сам ФП в целом. Проще всего это сделать при термодинамическом рассмотрении процесса.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_11.jpg" alt="(!LANG:>相転移のエーレンフェスト熱力学分類">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_12.jpg" alt="(!LANG:>ギブス エネルギーの 1 次導関数 ギブス エネルギーの 2 次導関数と物理量、関連">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_13.jpg" alt="(!LANG:>第 1 種および第 2 種の相転移中の熱力学的特性の変化">!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_14.jpg" alt="(!LANG:>個体からなる第一種相転移の熱力学理論物質）不均一"> Термодинамическая теория фазовых переходов I рода Рассмотрим однокомпонентную (т.е. состоящую из индивидуального вещества) гетерогенную систему, состоящую из r фаз. В однокомпонентных системах отдельные фазы представляют собой одно и то же вещество в различных фазовых состояниях. Пусть система является является закрытой (суммарное число молей ∑nr=const), а основными параметрами ее состояния служат p и T. Основной термодинамической функцией, характеризующей состояние такой системы, является энергия Гиббса G.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_15.jpg" alt="(!LANG:>このシステムの r フェーズごとに、次のように記述できます。熱力学的パラメータの対応する値を下げる"> Для каждой из r фаз этой системы мы можем записать соответствующие значения термодинамических параметров и приписать ей химический потенциал: Фаза 1 – p1, T1, V1, S1, …, μ1; Фаза 2 – p2, T2, V2, S2, …, μ2; ………………………………… Фаза r – pr, Tr, Vr, Sr, …, μr. Состоянию равновесия отвечает равенство интенсивных параметров p, T и μ во всех фазах системы: T1=T2=...=Tr (условие термического равновесия); p1=p2=...=pr (условие механического равновесия) ; μ1= μ2=...= μr (условие химического равновесия). (здесь r=1,2,... равно числу фаз в системе).!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_16.jpg" alt="(!LANG:>簡単にするために、2 フェーズのみと仮定しましょう。"> Примем для упрощения, что в нашей однокомпонентной гетерогенной системе сосуществуют только 2 фазы. Условия равновесия для двухфазной системы: T1=T2; p1=p2; μ1= μ2. μ1(p,T)=μ2(p,T). Из определения химического потенциала, поэтому Давление и температура фазового перехода не являются независимыми переменными и должны быть связаны уравнением.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_17.jpg" alt="(!LANG:>この依存関係を明示的に表現してみましょう。それは単一成分系で"> Получим явное выражение для этой зависимости. Примем во внимание, что в однокомпонентных системах, состоящих из чистого вещества i, химический потенциал равен энергии Гибсса одного моля этого вещества: μi=Gi. При T, p = const условие равновесия: G1=G2. В общем случае выражения для G=G(p,T) в интегральной форме не могут быть найдены. Поскольку G – это функция состояния системы, то ее дифференциал – это полный дифференциал. Мы можем получить уравнение в дифференциальной форме.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_18.jpg" alt="(!LANG:>式 G=U+pV-TS に基づき、得られる微分: dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT 式を考慮に入れましょう"> Исходя из выражения G=U+pV-TS, после дифференцирования получим: dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT. Примем во внимание выражение для объединенного I и II начала термодинамики dU=TdS-δA и соотношение δA=pdV; произведем замену: dG=TdS-pdV+pdV+Vdp-TdS-SdT. Мы получили выражение для полного дифференциала энергии Гиббса: dG=Vdp -SdT!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_19.jpg" alt="(!LANG:>T,p=const で位相変換が発生し、 V1 から V2 へのボリューム変更。"> Фазовое превращение происходит при T,p=const и сопровождается изменением объема от V1 до V2. Пусть оно происходит для 1 моля индивидуального вещества, тогда V1 до V2 – это молярные объемы первой и второй фазы. Для изобарно-изотермических потенциалов в двух равновесных фазах 1 и 2: dG1=V1dp-S1dT dG2=V2dp-S2dT Вычитая верхнее уравнение из нижнего, получим: dG2 - dG1 =(V2 - V1) dp – (S2 - S1)dT. Изменения T и p здесь не являются независимыми; они такие, при которых сохраняется равновесие между фазами 1 и 2.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_20.jpg" alt="(!LANG:>したがって、T と p の間には、相平衡なので、もし"> Таким образом, между T и p сохраняется функциональная связь, соответствующая фазовому равновесию. Поэтому, если G1=G2 (равновесие при T и p), то G1+dG1=G2+dG2 (равновесие при T+dT и p+dp). Тогда dG1=dG2, или dG1-dG2 =0. Следовательно, (V2 - V1) dp – (S2 - S1)dT=0 или. Примем во внимание, что. Qф.п - теплота фазового превращения, поглощаемая при переходе 1 моля вещества из фазы 1 в фазу 2; ΔHф.п. – молярная энтальпия фазового перехода.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_21.jpg" alt="(!LANG:>最後の 2 つの式を組み合わせて、V2 -V1=ΔV (二相のモル体積の差）、"> Комбинируя два последних уравнения и обозначив V2 -V1=ΔV (разность молярных объемов двух фаз), получим: Здесь T - температура фазового перехода (кипения, плавления, полиморфного превращения и т.д.). Это уравнение называется уравнением Клаузиуса-Клапейрона и является общим термодинамическим уравнением, приложимым ко всем фазовым переходам чистых веществ. Оно показывает, как температура фазового перехода изменяется с давлением.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_22.jpg" alt="(!LANG:>凝縮相間の遷移 溶融のため (結晶相 - 液体遷移)"> Переход между конденсированными фазами Для плавления (перехода кристаллическая фаза – жидкость) удобнее переписать уравнение Клаузиуса-Клапейрона в виде: , – изменение температуры плавления при изменении давления. где Если Vж>Vкр и ΔV>0, то с увеличением давления температура плавления повышается (большинства веществ). Если ΔV!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_23.jpg" alt="(!LANG:>液体-蒸気転移 (蒸発) 相転移条件 (p ,T) クリティカルから十分に離れている"> Переход жидкость – пар (испарение) Если условия фазового перехода (p,T) достаточно далеки от критической точки, то Vпар>>Vж, и тогда ΔV= Vпар-Vж≈ Vпар. Для 1 моля идеального газа. Тогда (ΔHисп – молярная энтальпия испарения), откуда Поскольку ΔHисп, R и T всегда положительны, то >0. C ростом T давление насыщенного пара над жидкостью всегда увеличивается.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_24.jpg" alt="(!LANG:>遷移結晶相 - 蒸気 (昇華) クラウジウス-クラペイロン方程式見た目は同じですが、"> Переход кристаллическая фаза – пар (сублимация) Уравнение Клаузиуса-Клапейрона имеет тот же вид, но вместо ΔHисп – энтальпия сублимации ΔHсуб:!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_25.jpg" alt="(!LANG:>凝縮相からの遷移に対するクラウジウス-クラペイロン方程式気体のものへの積分形式で書かれています："> Иногда уравнение Клаузиуса-Клапейрона для перехода из конденсированной фазы в газообразную записывается в интегральном виде: Эта форма уравнения справедлива только для узкого интервала температур, в котором ΔH испарения или сублимации можно приближенно считать постоянной величиной. Строго говоря, это не так: зависимость Qp=ΔH изобарного процесса от температуры подчиняется закону Кирхгофа:!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_26.jpg" alt="(!LANG:>したがって、差分を取得しました (いくつかの特殊なケースについては- そして積分で）"> Итак, мы получили в дифференциальной (а для некоторых частных случаев – и в интегральной) форме математическое выражение, которые устанавливает строгую взаимосвязь между термодинамическими параметрами p и T, характеризующими равновесие между двумя различными фазами в однокомпонентной системе. Однако в общем случае нам неизвестен интегральный вид уравнений состояния различных фаз, даже для однокомпонентных систем. Исключением является лишь уравнение Менделеева-Клапейрона, применимое, когда компоненты газообразной фазы подчиняются законам идеальных газов, и ряд более или менее удачно подобранных, но довольно сложных уравнений, описывающих состояние реальных газов и реальных индивидуальных жидкостей.!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_27.jpg" alt="(!LANG:>第 2 種の相転移は、点欠陥が存在する場合に結晶で発生します。順序付けられた (構造が変更された場合)"> Фазовые превращения второго рода происходят в кристаллах при упорядочении точечных дефектов (когда изменения структуры минимальные), при превращении ферромагнитных веществ в парамагнитные, при переходе в сверхпроводящее и сверхтекучее состояние и т.д. Наиболее общей и полной термодинамической теорией ФП второго рода в настоящее время является теория Ландау, разработанная им в 1937 г. Теория фазовых переходов II рода!}

Src="https://present5.com/presentacii/20170502/Lekcija_4-5.ppt_images/Lekcija_4-5.ppt_28.jpg" alt="(!LANG:>ランダウ理論では、システムは互いに物理的特性が異なります。"> В теории Ландау предполагается, что отдельные фазы системы отличаются друг от друга физическими свойствами, изменение которых характеризуют некоторые дополнительные параметры. Т.е., кроме обычных термодинамических параметров (T и p для G), для термодинамического потенциала вводят еще параметры η1, η2 … ηn, которые называют параметрами упорядочения соответствующих подсистем. Пусть фаза имеет только один параметр упорядочения η. Параметр упорядочения характеризует физическое состояние отдельной фазы и выбирается обычно таким образом, что для одной фазы он равен 0, а для второй отличен от нуля. Фаза, для которой η=0, условно называется неупорядоченной фазой, а фаза с η≠0 – упорядоченной. В такой интерпретации ФП связан с переходом системы из упорядоченного состояния в неупорядоченное.!}

Belousova Julia、Koban アナスタシア

この論文では、物質の相転移について説明しています。 位相バランス。 融解、結晶化、蒸発、凝縮。

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物理学の研究: 物質の相転移

計画: 対象領域と作業対象 調査の関連性 調査の目的と目的 相転移に関する初期情報を熟知する 相転移の種類 相平衡 相転移のプロセス 結論

目的領域 物理学は宇宙の科学であり、私たちの周りのプロセスをあらゆる機微において考察し、認識することを可能にします。 「私たちが経験できる最も美しいことは、理解できないことです。 それは真の芸術と科学の源です」アルバート・アインシュタイン。

研究対象 この分野の研究対象として、物質の相転移の過程を考えます。

トピックの関連性 近年、科学技術のさまざまな分野で相転移が広く使用されていることがよく知られているため、このトピックは興味深く関連性があります。 相転移は、物理的効果を適用する最も実用的な方法に起因する可能性があります. これは、相転移が次のような事実によるものです: 特許や実用的なソリューションでよく使用されます.

仕事の目的: さまざまなタイプの相平衡について、およびある相から別の相への物質の遷移プロセスの物理的特徴について、現代科学の基本的な考え方を理解すること。

タスク: 相転移の概念の考察 相転移の種類と主な特徴の特定 相平衡の考察 相転移のさまざまな過程の確立

相転移の概念 相転移、広い意味での相転移 - 外部条件が変化したときの、ある相から別の相への物質の転移 - 温度、圧力、磁場、電場など 狭義には、外部パラメータの連続的な変化を伴う物理的特性の急激な変化です。

相転移の種類 相転移はⅠ型とⅡ型に分けられます. 物質の凝集状態の変化を一次相転移といいます. 2) システムの音量が変化しています。 3) システムのエントロピーが変化します。 第 2 種の相転移 - 圧力と温度に関する熱力学的ポテンシャルの第 1 導関数が連続的に変化する一方で、第 2 導関数がジャンプする相転移。 このことから、特に、物質のエネルギーと体積は二次相転移中に変化しませんが、その熱容量、圧縮率、さまざまな感受率などは変化します。

液相と気相の一次境界と二次境界を表す相転移図

相平衡 相平衡の状態は、熱力学の定理から得ることができます。 システムが平衡状態にあるとき、そのすべての相の温度と圧力は同じです。 それらが一定に保たれている場合、システムの熱力学的ポテンシャルは減少するだけです。 平衡では、最小値を取ります。 m 1 を第 1 相の質量、m 2 を第 2 相の質量とします。  1 および  2 これらの相における物質の特定の熱力学的ポテンシャル。 系全体の熱力学的ポテンシャルは Ф = m 1  1 + m 2  2 で表されます.  1   2 の場合, フェーズ 1 からフェーズ 2 への変換は Ф の減少を伴います. この変換が発生します.フェーズ 1 全体がより安定したフェーズ 2 に移行するまで、システムは単相になり、その熱力学的ポテンシャルは最小値 m  2 に達します。 逆に、 1   2 の場合、フェーズ 2 は最終的にフェーズ 1 に変わります。条件  1 (P, T) =  2 (P, T) (1) でフェーズは平衡になります。お互い。 したがって、相平衡の条件は、それらの特定の熱力学的ポテンシャルが等しいことです。

二酸化炭素の相平衡の図:

条件 (1) の意味は、どのような相転移でも、特定の熱力学的ポテンシャルの値は変わらないということです。 したがって、物質の状態がすべて変化すると、その特定の熱力学的ポテンシャルは常に連続的に変化します

相転移のプロセス 考慮すべきこと: 蒸発と凝縮 融解と結晶化 液体の沸騰と過熱

蒸発と凝縮 液体から気体状態への遷移は蒸発と呼ばれ、固体の気体状態への遷移は昇華と呼ばれます。 蒸発前と同じ温度で物質を蒸気に変えるために物質の単位質量に与えなければならない熱は、蒸発比熱と呼ばれます。 凝縮中に、蒸発中に消費された熱が返されます。凝縮中に形成された液体が加熱されます。 液体と平衡状態にある蒸気は、飽和していると言われます。 平衡が観察される圧力は、飽和蒸気圧と呼ばれます。

いくつかの液体の蒸発 図中のいくつかの種類の液体の蒸発

融解と結晶化 結晶体から液体状態への転移は、物質ごとに特定の温度で発生し、融解熱と呼ばれる一定量の熱を消費する必要があります。 融点は圧力に依存します。 したがって、結晶状態から液体状態への遷移は、圧力と温度によって特徴付けられる非常に明確な条件下で発生します。 これらの値のセットは、一般に融解曲線と呼ばれる図 (p、T) の曲線に対応します。

結晶化の逆溶融プロセスは次のように進行します。 液体が、所定の圧力で固相と液相が平衡状態になる温度 (つまり、融解が起こったのと同じ温度) まで冷却されると、いわゆる核または核の中心の周りで結晶が同時に成長し始めます。結晶。 個々の結晶はどんどん成長し、最終的には互いに融合し、多結晶体を形成します。 結晶化プロセスには、融解中に吸収されるのと同じ量の熱の放出が伴います。

溶融

図: 溶融 - 結晶化

液体の沸騰と過熱 容器内の液体が、液体の自由表面からの一定の外圧で加熱される場合。 この気化のプロセスは蒸発と呼ばれます。 沸点と呼ばれる特定の温度に達すると、蒸気の形成が自由表面から発生するだけでなく、蒸気の泡が成長して表面に上昇し、液体自体を引きずります。 気化のプロセスは乱流になります。 この現象を沸騰といいます。 過熱水は、例えば、壁が滑らかな石英フラスコで得ることができます。 最初にフラスコを硫酸、硝酸、またはその他の酸で十分にすすぎ、次に蒸留水でよくすすいでください。 洗浄したフラスコに蒸留水を注ぎ、長時間沸騰させて溶解した空気を取り除きます。 その後、フラスコ内の水をガスバーナーで沸点よりもはるかに高い温度に加熱できますが、沸騰することはなく、自由表面から集中的に蒸発するだけです。 まれに、フラスコの底に蒸気の泡が形成され、急速に成長し、底から分離して液体の表面に上昇し、上昇するとその寸法が大幅に増加します。 その後、水は長い間穏やかなままです。 ガス状の胚芽がそのような水に導入されると、たとえばお茶をひとつまみ投げると、激しく沸騰し、その温度はすぐに沸点まで下がります。 この効果的な経験は、爆発の性質を持っています。

核沸騰時の水温

結論 この作業により、物質のある状態が別の状態に移行するときに発生するプロセス、それぞれの段階と状態がどのような特徴を持っているかについて、より多くを学ぶことが可能になりました。 私たちの周りのプロセスを見ると、基本的な理論だけを知っていれば、それがどのように起こるかを簡単に知ることができます. したがって、物理学は、将来私たちを助ける自然科学の法則のほとんどを学ぶのに役立ちます.

概念 段階 熱力学では、凝集状態よりも広い意味で考慮されます。 によると、 段階 熱力学では、彼らは物質の熱力学的平衡状態を理解しています。これは、同じ物質の他の可能な平衡状態とは物理的特性が異なります。. 物質の非平衡準安定状態は相と呼ばれることもありますが、準安定です。 物質の相は、構造粒子の動きの性質や秩序構造の有無によって異なります。 異なる結晶相は、結晶構造の種類、電気伝導性、電気的および磁気的特性などで互いに異なる場合があります。液相は、成分の濃度、超伝導の有無などで互いに異なります。

ある相から別の相への物質の遷移は呼ばれます 相転移 . 相転移には、気化と融解、凝縮と結晶化などの現象が含まれます。二相系では、相は同じ温度で平衡状態にあります。 体積が増えると、液体の一部が蒸気に変わりますが、同時に温度を一定に保つためには、外部から一定量の熱を伝達する必要があります。 したがって、液相から気相への移行を行うには、システムの温度を変えずに熱を伝達する必要があります。 この熱は、物質の相状態を変化させるために使用され、 相転移熱または転移潜熱 . 温度が上昇すると、固定質量の物質の遷移潜熱が減少し、臨界温度ではゼロに等しくなります。 相転移を特徴付けるために、相転移の比熱が使用されます。 相転移の比熱 物質の単位質量あたりの潜熱量です。

転移潜熱の吸収または放出を伴う相転移は呼ばれます 一次相転移 . この場合、内部エネルギーと密度が急激に変化します。 より秩序だった状態からより秩序のない状態に移行すると、エントロピーが増加します。 この表は、一次相転移とその主な特徴を示しています。

テーブル。 最初のラドの相転移とその主な特徴 .

から 二相系が平衡状態にある圧力と、一次相転移中の温度との間には関係があります。 この関係が説明されています . 閉鎖系に対するこの方程式の導出を考えてみましょう。 システム内の粒子の数が一定である場合、内部エネルギーの変化は、熱力学の第 1 法則に従って、次の式によって決定されます。 フェーズ間の平衡は、T 1 \u003d T 2 および P 1 \u003d P 2 という条件下で発生します。 無限に小さい可逆的カルノー サイクル (図 6.8) を考えてみましょう。その等温線は、温度 T と dT での二相系の状態に対応します。 この場合の状態パラメータはほとんど変化しないため、図 6.8 の等温線と断熱線は直線で示されます。 このようなサイクルの圧力は dP だけ変化します。 サイクルごとのシステムの作業は、次の式によって決定されます。
. 物質の質量が 1 に等しい系に対してサイクルが実装されていると仮定します。 このような基本的なカルノー サイクルの効率は、次の式で決定できます。
また
、 どこ L P気化比熱です。 これらの等式の正しい部分を等分し、仕事の表現を圧力と体積に置き換えると、次のようになります。
. 圧力の変化を温度の変化と相関させ、以下を取得します。

(6.23)

式 (6.23) と呼ばれる クラウジウス・クラペイロン方程式 . この方程式を分析すると、温度が上昇すると圧力が上昇すると結論付けることができます。 これは、
、つまり
.

クラウジウス・クラペイロンの式は、液体から蒸気への遷移だけに適用されるわけではありません。 これは、すべての第 1 種遷移に適用されます。 一般的には、次のように記述できます。

(6.24)

Clapeyron-Clausius 方程式を使用すると、システムの状態図を P,T 座標で表すことができます (図 6.9)。 この図では、曲線 1 が昇華曲線です。 これは、固体と蒸気の 2 つの相の平衡状態に対応します。 この曲線の左側の点は、単相固体状態を特徴付けます。 右側のポイントは、蒸気状態を特徴付けます。 曲線 2 は融解曲線です。 これは、固体と液体の 2 つの相の平衡状態に対応します。 この曲線の左側の点は、単相固体状態を特徴付けます。 曲線 3 までの右側のポイントは、液体状態を特徴付けます。 曲線 3 は気化曲線です。 これは、液体と蒸気の 2 つの相の平衡状態に対応します。 この曲線の左側にある点は、単相液体状態を特徴付けます。 右側のポイントは、蒸気状態を特徴付けます。 曲線 3 は、曲線 1 および 2 とは対照的に、両側で制限されています。 一方では - トリプルポイント Tr、一方で - 臨界点K（図6.9）。 トリプルポイント 固体、液体、蒸気の 3 つの相が同時に平衡状態にあることを示します。