Специальные главы физики

4.1. Равновесие фаз в системе твердое тело-жидкость-газ.
Фазовые переходы 1-го и 2-го рода

Фаза – это равновесное состояние вещества, которое по своим физическим свойствам существенно отличается от других возможных равновесных состояний данного вещества (например: лед, вода и водяной пар – это три фазы воды Н2О; алмаз и графит – две различных твердых фазы углерода С).

Различают фазовые переходы первого и второго рода.

Характерные признаки фазовых переходов первого рода:

1. поглощение или выделение скрытой теплоты перехода;
2. различные плотности фаз;
3. скачкообразный характер появления новой фазы;
4. взаимное равновесие фаз в промежуточных состояниях фазового перехода;
5. существование метастабильных состояний (перегретая жидкость, переохлажденный пар).

Примеры таких переходов: испарение и конденсация жидкостей.

Характерные признаки фазовых переходов второго рода:

1. отсутствие скрытой теплоты перехода;
2. одинаковые плотности фаз;
3. переход от старой фазы к новой происходит не скачкообразно, а постепенно;
4. невозможно одновременное существование старой и новой фаз при однородном распределении температуры и давления;
5. отсутствуют метастабильные состояния, в которых при температуре и давлении, соответствующим одной фазе, в течение некоторого времени существует другая фаза, нестабильная в этих условия.

Примеры таких переходов:

1. Сплав Cu-Zn. Кристаллическая решетка в данном случае – объемноцентрированная кубическая, при невысоких температурах атомы Zn расположены в вершинах ячеек, атомы Cu – в центрах ячеек с вероятностью 1 (полное упорядочение атомов). При повышении температуры повышается вероятность перехода атомов Zn в центры, а атомов Cu – в вершины ячеек. При некоторой температуре эти вероятности уравниваются, то есть происходит разупорядочение положения атомов.
2. Переход ферромагнетика из парамагнитного состояния в ферромагнитное при температуре Кюри.  Выше этой температуры обменное взаимодействие мало для того, чтобы противодействовать разупорядочивающему тепловому движению атомов, поэтому отсутствует преимущественное направление ориентации магнитных моментов и нет макроскопической намагниченности.