Фазові переходи. 
Фазові та агрегатні перетворення

Фазові переходи першого і другого роду

Фазові переходи бувають кількох родів. Зміни агрегатних станів речовини називають фазовими переходами першого роду, якщо: 1) Температура постійна під час всього переходу. 2) Змінюється об'єм системи. 3) Змінюється ентропія системи. Щоб відбувся такий фазовий перехід, потрібно данії масі речовини поглинути певну кількість тепла, відповідного прихованій теплоті перетворення. Справді, при переході конденсованої фази у фазу з меншою щільністю потрібно перевести деяку кількість енергії у формі теплоти, яке піде на руйнування кристалічної решітки (при плавленні) або на видалення молекул рідини одну з іншої (при паротворенні). Під час перетворення прихована теплота піде на метаморфозу сил зчеплення, інтенсивність теплового руху не зміниться, в результаті температура залишиться незмінною.

При такому переході ступінь безладу, отже, і ентропія, зростає. Якщо процес йде у зворотному напрямі, то прихована теплота виділяється. До фазових переходів першого роду відносяться: перетворення твердого тіла в рідкий (плавлення) і зворотний процес (кристалізація), рідкого — на пару (випаровування, кипіння). Однею кристалічної модифікації - в іншу (поліморфні перетворення). До фазових переходів другого роду належить: перехід нормального провідника в надпровідний стан, гелій-1 в надтекучий гелій-2, феромагнетика — в парамагнетик.

Такі метали, як залізо, кобальт, нікель і гадоліній, виділяються своєю здатністю сильно намагнічуються і довго зберігати стан намагніченості. Їх називають феромагнетиками. Більшість металів (лужні і лужноземельні метали і значна частина перехідних металів) слабко намагнічуються і не зберігають це стан поза магнітного поля — це парамагнетики. Фазові переходи другого, третього і так далі переходів пов’язані з порядком тих похідних термодинамічного потенціалу? ф, які відчувають кінцеві вимірювання в точці переходу, Така класифікація фазових перетворень пов’язана з роботами фізика — теоретика Пауля Ернеста (1880 -1933). Так, у випадку фазового переходу другого роду в точці переходу відчувають похідні стрибки другого порядку: теплоємність при постійному тиску Cp =- T (? ф ² /? T ²) стисливість в =- (1 / V ₀₎ (? ² ф /? p ^2), коефіцієнт теплового розширення б = (1 / V ₀₎ (? ² ф /? Tp), тоді як перші похідні залишаються безперервними. Це означає відсутність виділення (поглинання) тепла і зміни питомого обсягу (ф — термодинамічний потенціал). Стан фазового рівноваги характеризується певним зв’язком між температурою фазового перетворення і тиском. Чисельно ця залежність для фазових переходів дається рівнянням Клапейрона-Клаузіуса: dp / dT = q / T. Дослідження при низьких температурах — дуже важливий розділ фізики. Справа в тому, що таким чином можна позбутися від перешкод пов’язаних з хаотичним тепловим рухом і вивчати явища в «чистому» вигляді. Особливо важливо це при дослідженні квантових закономірностей. Звичайно через хаотично тепловий рух відбувається усереднення фізичної величини по великому числу її різних значень і квантові стрибки «змащуються» .

Низькі температури (кріогенні температури), у фізиці і кріогенній техніці діапазон температур нижче 120 ° К (0 ° с = 273 ° К); роботи Карно (працював над тепловим двигуном) і Клаузіуса поклали початок дослідженням властивостей газів і парів, або технічної термодинаміки. У 1850 році Клаузіус зауважив, що насичений водяний пар при розширенні частково конденсується, а при стисканні переходить в перегрітий стан. Особливий внесок у розвиток цієї наукової дисципліни вніс Реню. Власний об'єм молекул газу при кімнатній температурі складає приблизно одну тисячну обсягу, займаного газом. Крім того, молекули притягуються одна до одної на відстанях, що перевищують ті, з яких починається їх відштовхування.