Фазен премин

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
Номенклатура на разни физички премини
Фазен дијаграм цврста, течна и гасна состојба на една супстанција. Полната зелена линија го претставува нормалниот преод од течна во цврста состојба, додека пак испрекинатата зелена линија го означува неправилното поведение на водата.

Фазен премин — преод на термодинамички систем од една фаза(состојба) на материјата во друга преку топлински пренос. Овој поим најчесто се користи за опис на преминот помеѓу цврста, течна и гасна состојба на материјата и во ретки случаи плазма. Фазите на термодинамичките системи и агрегатните состојби имаат исти физички својства. За време на фазениот премин при смената на одредени надворешни влијанија, како што се температурата, притисокот или други. На пример, течност може да стане гас при греење до точката на вриење, што доведува до ненадјна смена во волуменот. Мерењето на надворешните услови во кои се случува преодот се нарекува фазен премин. Фазните премини се чести во природата и денес се користат во многу технологии.

Видови на фазен премин[уреди | уреди извор]

Примери за фазен премин се:

  • Транзиција помеѓу цврста, течна и гасна фаза на една компонента поради ефектите на температурата и/или притисок:
Pfeil SO.svg
Во
Цврста Течна Гасна Плазма
Од Цврста премин цврста-цврста Топење Сублимација
Течна Мрзнење Вриење / испарување
Гасна Наталожување Кондензација Јонизација
Плазма Плазмена рекомбинација / дејонизација
  • (Погледајте парен притисок и фазен дијаграм)
  • Еутетична трансформација е во која дво компонента едно фазна течност е изладена и се формира во две цврсти фази. Истиот процес само почнувајќи од цврста наместо трчна се вика еутектоидна трансформација.
  • Перитетична трансформација во која цврста дво компонента во една фаза се топли и се трансформира во една цврста и во една течна фаза.
  • Спинодална декомпозиција во која една фаза се лади и се дели во две различни композиции од истата фаза.
  • Транзиција во мезофаза помеѓу цврста и течна како „течни кристали“ фази.
  • Транзиции помеѓу феромагнетичка и парамагнетичка фаза на магнетички материјали во точката Кари.
  • Транзицијата помеѓу различно распоредени коменсуратни и инкоменсурантни магнетички структури како цериум антимонид.
  • Мартенситцката трансформација која се појавува како една од многуте трансформации во јаглероден челик и претставува како модел за дисплацивни фазни трансформации.
  • Смените во кристалографичката структуракако помеѓу ферит и аустенит од железо.
  • Ред-нарушување транзиција како во алфа-титаниумски алуминиди.
  • Зависноста на адсорпционата геометрија на покриеност и температура како за хидроген на железо.
  • Појавата на суперкондуктивноста во одредени метали и керамики кога се оладени под критична температура.
  • транзиција помеѓу различни молекуларни структури (полиморфи, алотропи или полиаморфи),посебно цврсти, како помеѓу на анорфна структура и на кристална структура, помеќу две аморфни структури.
  • Квантна кондензација од бозонови течности. Суперфлуидната транзиција во течен хелиум е пример за ова.
  • Кршењето на симетриите во законите на физиката за време на раната историја на универзумот е температурно ладена.
  • Изотопско фракционирање се појавува за време на фазна транзиција, соодносот на лесни и тешки изотопи кои се вклучени во молекуларните промени. Кога воден чад кондензира, потечките бодни изотопи станѕваат збогатени во течната фаза додека полесните изотопи имаат тенденција повеќе кон испарувачката фаза.

Фазни транзиции се појавуваат кога термодинамичката слободна енергија на систем е неаналитичка за некои термодинамички вариабили. Оваа состојба обично произлегува од интеракциите од голем број честички во системот и не се појавуваат во системи кои се мали. Важно е да се напомене дека фазните транзиции може да се појават и се дефинирани за нетермодинамички системи каде температурата не е параметар. Примери вклучуваат: квантна фазна транзиција, динамична фазна транзиција и топологична фазна транзиција. Во овие типови системи други параметри ја заземаат положбата на температурата. На пример веројатност врска ја заменува температурата за филтрирање на врски. Во еден момент на фазна транзиција (на пример, точка на вриење) двете фази имаат идентични слободни енергии и затоа и двете можат подеднакво да постојат. Под точката на вриење течност е постабилна форма, каде пак над таа точка гасовитата состојба е преферирана. Некогаш е можна смена на состојбата на системот дијабатички на таков начин да се пројде фаза на транзиција. Резултатот е метастабилен, односно по нестабилен од фазата која требала да се случи. Ова се случува во супертоплење, суперладење и суперсатурирање.

Класификации[уреди | уреди извор]

Еренфестови класификации[уреди | уреди извор]

Паул Еренфест ја класифицира фазната транзиција според однесувањето на термодинамичката слободна енергија како функција на други термодинамички варијабили. Според оваа шема фазните транзиции биле именувани како најслабите изводи на слободна енергија која е дисконтуирана во транзицијата. Фазен премин од прв ред искажува дисконтинуитет во првите изводи на слободната енергија во однос на некои термодинамички варијабили. Различните цврсти/течни/гасни транзиции се класифицирани како транзиции од прв ред зошто вклучуваат дисконтинуирана промена во густината, која е инверзна од првиот извод на слободна енергија во однос на притисокот. Фазни транзиции од втор ред се континуирани во првиот извод, но искажуваат дисконтинуитет во вториот извод од слободната енергија. Ова ја вклучува и феромагнетичката фазна транзиција во материјали како железо, каде магнетизацијата на првиот извод на слободна енергија во ондос на применетата сила на магнетното поле, постепено ја зголемува од нула додека температурата е смалувана под Кари точката. Магнетичката подложност, вториот извод на слободна енергија се менува повремено. Според Еренфестовата класификациона шема може да има фазни транзиции од трет, четврт и од поголем ред. Иако корисен, Еренфестовата класификација претставува нецелосен метод на класификација на фазни транзиции, бидејќи не го зема во предвид кога изводот на слободна енергија се дели. На пример во феромагнетичката транзиција, топлински капацитет се одвојува до бесконечност.

Модерни класификации[уреди | уреди извор]

Во модерните класификациони шеми, фазните транзиции се поделени во две широки категории, слични на Еренфестовите класи: фазни транзиции од прв ред се тие кои вклучуваат латентна топлина. За време на таква транзиција, температурата на системот останува константна додека топлината се зголемува; системот е во различно фазен режим во кој некои делови на системот ја имаат завршено транзицијата, а некои ја немаат. слични примери се топењето на лед и вриењето на вода. Имри и Вортис докажале угаснато нарушување може да ја прошири транзиција од прв ред ако трансформацијата се заврши во константна температура, но феномените како суперладење и супертоплење преживуваат и хистерезис се набљудува во топлонски циклуси. Фазни транзиции од втор ред исто така се викаат континуирани фазнитранзиции. Тие се карактеризираат со различна осетливост, бесконечна должинска корелација, и закон-моќ распаѓање на корелации во близина на критичност. Примери на транзиции од втор ред се феромагнетна транзиција, суперкондуктивна транзиција и супертечна транзиција. За разлика од вискозитетот, термичката експанзија и топлинскиот капацитет на аморфните материјали покажуваат релативно ненадејна промена во температура на премин низ стакло , кој овозможува прецизно мерење користејќи калориметриско диференцијално скенирање.Лав Ландау даде феноменолошка теорија за транзиции од втор ред фаза. Освен изолирани едноставни фазни транзиции, постои и транзициони линии, како и мултикритични точки, кога различни параметри, како надворешен магнетно поле или композиција. Неколку транзиции се познати како фазни транзиции од бесконечен ред. Тие се константни, но не кршат никаква симетрија. Најпознат пример е транзицијата Костерлитц-Тулес во дво-димензионалниот модел XY. Многу квантната фазна транзиција, на пример во две-димензионални електронски гасови, припаѓаат на оваа класа. Транзиција на течно стакло е забележано во многу полимери и други течности кои можат да бидат суперладени далеку под точката на топење од кристалната фаза. Ова е атипична во неколку аспекти. Тоа не е процес на транзиција помеѓу термодинамичка основна состојба: најшироко се верува дека вистинската основна состојба е секогаш кристална.Стакло е угаснато нарушување состојба, а нејзината ентропија, густина и така натаму, зависи од термичка историја. Затоа транзицијата на стакло е првенствено динамичен феномен: за ладење со течност, внатрешни степени слобода сукцесивно да падне надвор од рамнотежа. Некои теоретски методи предвидуваат основната фаза на транзиција во хипотетички граници на бескрајно долги времиња на релаксација. Нема директни експериментални докази кои го поддржуваат постоењето на овие транзиции.

Карактеристилни особини[уреди | уреди извор]

Фазна корелација[уреди | уреди извор]

Пореметување-проширено премин од прв ред се јавува во текот на конечни температури, каде што дел од ниските температури расте од нула до еден (100%) како што температурата се намалува. Оваа континуирана варијација на фракциона корелација со температура покрена интересни можности. За ладење, некои течности се претвараат во чаша, а не се трансформираат во кристална фаза. Ова се случува ако постапката на ладење е побрза од стапката на критично ладење , и се припишува на молекуларните движења и стануваат толку бавни што молекулите не може да се преуредат во кристални позиции.Ова забавување се случува под температурата на стакленото-формирање , кое може да зависи од применитиот притисок. Ако транзиција од прв ред на замрзнување се случува во текот на еден опсег на температури и Tg паѓа во рамките на овој опсег, тогаш има интересна можност дека транзицијата е оставена кога тоа е делумна и нецелосна. Проширувањето на овие идеи за првиот ред магнетни транзиции се при ниски температури, резултирало со набљудување на нецелосни магнетни транзиции, со две магнетни фази кои коегзистираат, до најниската температура. Прв објавен случај на феромагнетни до анти-феромагнетни транзиции, како постојана фаза корелација се пријавени во различни магнетни транзиции од прв ред.Тие вклучуваат колосална-магнетоотпорност магнанитни материјали магнетноколарични материјали, магнетни материјали во облик на меморија и други материјали. Интересна карактеристика на набљудувањата на Tg е што паѓа температурниот опсег кој се јавува во транзицијата од прв реде под влијание на магнетната транзиција во магнетното поле, исто како и структурната транзиција е под влијание на притисокот. Релативната леснотија со која магнетното поле може да се контролира, за разлика од притисок, ја зголемува можноста дека некој може да ја научи интеракцијата меѓу Tg и ТЦ во сеопфатен начин.Фазна корелација во првиот ред магнетни транзиции овозмоува решавање на отворените прашања во разбирањето на стаклата.

Критични точки[уреди | уреди извор]

Секој систем кој содржи течни и гасовити фази, постои посебна комбинација на притисок и температура, позната како критична точка, на која на преминот меѓу течност и гас станува транзиција од втор ред. Во близина на критичната точка, течноста е доволно топла и компресирана дека разликата помеѓу течни и гасовити фаза е речиси непостоечка. Ова е поврзано со појавата на критична опалесценција, млечен изглед на течноста поради флуктуации во густината на сите можни бранови должини (вклучувајќи ги и оние на видливата светлина).

Симетрија[уреди | уреди извор]

Во фазни транзиции често вклучува процесот кршење на симетрија. На пример, за ладење на течност во цврст кристал ја крши константната транслациона симетрија: секоја точка во течноста ги има истите својства, но секоја точка во кристалот не ги има истите својства. Типично, фазата на висока температура содржи повеќе симетрија од фазата на ниска температура поради спонтано нарушување на симетријата, со исклучок на некои случајни симетрии (на пример, формирање на тешки виртуелни честички, кој се јавува само на ниски температури).

Поврзано[уреди | уреди извор]

Наводи[уреди | уреди извор]

Надворешни врски[уреди | уреди извор]