§ 4.18 Фазовые переходы 1-го и 2-го рода

§ 4.18 Фазовые переходы 1-го и 2-го рода

Я полагаю, что следует ввести в физику понятия симметрии, столь привычные для кристаллографов.

П. Кюри, "О симметрии физических явлений", 1894 г.

Эти исследования, если бы они были продолжены П. Кюри, могли бы, вероятно, иметь для развития естествознания в целом немногим меньшее значение, чем работы по радиоактивности для развития физики и химии.

А.В. Шубников [164]

В качестве одного из свидетельств в пользу квантовой физики, приводят, порой, экзотические фазовые переходы второго рода. Напомним, что "фазовыми переходами первого рода" называют агрегатные превращения вещества, идущие с выделением или поглощением энергии. В них скачком меняется в точке перехода плотность, теплоёмкость и другие параметры физического тела. Другое дело, — фазовые переходы второго рода — они происходят без выделения скрытой теплоты, а характеристики вещества в точке перехода меняются плавно, непрерывно. К фазовым переходам второго рода относят переходы ферромагнетик-парамагнетик, проводник-сверхпроводник, нормальный-сверхтекучий гелий и другие, кажущиеся сверхъестественными, с позиций классической физики, превращения. Поэтому, и объяснить их якобы можно — лишь с позиций квантовой физики. Но, на самом деле, как покажем далее, фазовые переходы второго рода не отличаются особо от первого и объясняются целиком в рамках классической физики и представляют собой лишь более сложные превращения вещества, которые, в действительности, — тоже сопровождаются выделением и поглощением тепла.

Более того, выделение и поглощение тепла в этих переходах — обязательно. Совершенно так же, как для переходов первого рода, такое тепловыделение следует из законов термодинамики. Ведь любой фазовый переход подразумевает перестройку атомов вещества. При понижении температуры вещество переходит в энергетически более выгодное состояние, уменьшает свою внутреннюю энергию. Вот почему, эта избыточная энергия выделяется и её необходимо отводить, чтобы перевести вещество из одного состояния в другое. Так, при кристаллизации, атомы выстраиваются в правильном порядке, что уменьшает энтропию соединения и потенциальную энергию взаимодействия атомов. Эта энергия и выделяется в форме скрытой теплоты кристаллизации. То же самое происходит, в действительности, и в фазовых переходах второго рода, скажем, — при переходе парамагнетик-ферромагнетик. Там переход происходит без перестройки взаимного положения частиц, именно поэтому фазовые переходы второго рода не сопровождаются изменением плотности и объёма. Однако, этот переход сопровождается глубокими внутренними перестройками структуры вещества.

Так, при образовании ферромагнетика магнитные моменты электронов выстраиваются параллельно друг другу. То есть, происходит упорядочивание, но не положений частиц, а их ориентаций в пространстве. А упорядочение неизбежно сопровождается снижением энтропии, энергии взаимодействия, тоже выделяемой в форме тепла (при обратном переходе тепло поглощается, на чём основан принцип магнитного охлаждения). И, хотя считают, что фазовые переходы происходят без отдачи теплоты, и что этим они существенно отличаются от фазовых переходов первого рода, реально они, как покажем далее, выделяют скрытое тепло ничуть не хуже. Тем самым, устраняется принципиальное различие между фазовыми переходами первого и второго родов, а, значит, рушатся все представления об исключительности переходов 2-го рода, и становится бессмысленной и ненужной вся их феноменологическая теория, построенная Л. Ландау и В. Гинзбургом, во многом, — на базе квантового подхода. В действительности, фазовые переходы первого и второго рода — совершенно симметричны, подобны, имея одинаковую классическую природу. Разница у них не принципиальная, а количественная, и заключается она в ширине температурного интервала, в пределах которого происходит фазовый переход.

Правильную теорию фазовых переходов второго рода и их связи со степенью симметрии начал развивать ещё Пьер Кюри, как специалист по физической химии, основательно изучивший кристаллы и переход парамагнетик-ферромагнетик. Однако ранняя трагическая смерть помешала Кюри закончить эту грандиозную классическую работу, важную роль которой отмечал наш выдающийся кристаллограф А.В. Шубников [156]. Примечательно, что его однофамилец и современник Л.В. Шубников (по вине Ландау погибший ещё более рано и трагично, чем Кюри) был пионером советской физики низких температур и основателем передовой отечественной криогенной лаборатории, исследователем сверхпроводимости, магнетизма, фазовых переходов второго рода, кристаллов и процесса кристаллизации, что ещё раз отражает их тесную связь. Далее рассмотрим подробнее некоторые из переходов второго рода.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг

Большие переходы

Из книги Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах [Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний] автора Красник Валентин Викторович

Большие переходы Вопрос. Чем должен быть ограничен участок большого перехода?Ответ. Должен быть ограничен концевыми опорами (концевыми устройствами в виде бетонных якорей и др.), выделяющими большой переход в самостоятельную часть ВЛ, прочность и устойчивость которой не


Большие переходы

Из книги Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах. Раздел 2. Передача электроэнергии. Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний автора Красник Валентин Викторович

Большие переходы Вопрос 345. Чем должен быть ограничен участок большого перехода?Ответ. Должен быть ограничен концевыми опорами (концевыми устройствами в виде бетонных якорей и др.), выделяющими большой переход в самостоятельную часть ВЛ, прочность и устойчивость которой


§ 4.18 Фазовые переходы 1-го и 2-го рода

Из книги Баллистическая теория Ритца и картина мироздания автора Семиков Сергей Александрович

§ 4.18 Фазовые переходы 1-го и 2-го рода Я полагаю, что следует ввести в физику понятия симметрии, столь привычные для кристаллографов. П. Кюри, "О симметрии физических явлений", 1894 г. Эти исследования, если бы они были продолжены П. Кюри, могли бы, вероятно, иметь для развития


5.1. Переходы

Из книги Самоучитель Adobe Premiere 6.5 автора Кирьянова Елена

5.1. Переходы Переходами (transitions) называют спецэффекты, заключающиеся в смене специальным образом изображения одного клипа другим. Для того чтобы создать переход между двумя клипами, последовательно расположенными в фильме, их следует располагать на треке Video 1 (Видео 1),


3.5.3. Переходы ВЛ через реки и искусственные сооружения

Из книги Справочник по строительству и реконструкции линий электропередачи напряжением 0,4–750 кВ автора Узелков Борис

3.5.3. Переходы ВЛ через реки и искусственные сооружения Особенности монтажа переходных опор в первую очередь определяются их массой и высотой, а также условиями производства работ. На монтаж переходов, как правило, составляется индивидуальный проект производства работ с


12. Фазовые превращения в твердом состоянии

Из книги Материаловедение. Шпаргалка автора Буслаева Елена Михайловна

12. Фазовые превращения в твердом состоянии Фаза – это однородная часть системы, которая отделена от другой части системы (фазы) поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура изменяются скачком.При кристаллизации чистого металла в


27. Строение и свойства железа; метастабильная и стабильная фазовые диаграммы железо-углерод. Формирование структуры углеродистых сталей. Определение содержания углерода в стали по структуре

Из книги автора

27. Строение и свойства железа; метастабильная и стабильная фазовые диаграммы железо-углерод. Формирование структуры углеродистых сталей. Определение содержания углерода в стали по структуре Сплавы железа с углеродом являются самыми распространенными металлическими


32. Отжиг 1-го рода. Неравновесная кристаллизация

Из книги автора

32. Отжиг 1-го рода. Неравновесная кристаллизация Этот вид термической обработки возможен для любых металлов и сплавов. Его проведение не обусловлено фазовыми превращениями в твердом состоянии. Нагрев при отжиге 1 рода, повышая подвижность атомов, частично или полностью


36. Отжиг II-го рода. Отжиг и нормализация сталей; режимы и назначение отжига и нормализации

Из книги автора

36. Отжиг II-го рода. Отжиг и нормализация сталей; режимы и назначение отжига и нормализации Отжигом называют нагревание и медленное охлаждение стали. Отжиг второго рода – изменение структуры сплава с целью получения равновесных структур; к отжигу второго рода относится