Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Термодинамич. параметры состояния можно разделить на внутренние Т,{х\) (T — темп-pa, х\ — давление Pi поляризация & намагниченность М, хим.
потенциал ц и т. п.) и сопряжённые им внешние (A1iJ (Xj — объём V, электрич. поле Е, магн. поле Н, концентрация с). Условия термодинамич. устойчивости dF — 0, d2F > 0 (минимум термодинамич. потенциала F) выделяют иа диаграмме состояния области существования тех или иных упорядоченных фаз. Фнз. системы условно могут быть разделены иа два типа: если в системах 1-го типа отличные от 0 равновесные значения компонент параметра порядка ф* зависят непосредственно от величии T, (Xi), то в системах 2-го типа — ещё и косвенно благодаря взаимодействию (связи) Фі с другими («скрытыми») неупорядоченными степенями свободы той же системы. К системам 1-го типа относятся, напр., магнетики, в к-рых магн. упорядочение определяется взаимодействием только в спиновой подсистеме. Для систем 2-го типа существен учёт взаимодействия с решёточной подсистемой (магнит остр и кция), подсистемой электронов проводимости или примесей (Cm. Косвенное обменное взаимодействие). Системы 2-го типа характеризуются, как правило, конкурирующими взаимодействиями и допускают неск. видов упорядочения (см., напр., Магнитный фазовый переход, Магнитные сверхпроводники, Ориентационные фазовые переходы, Сегнетоелектрики, Жидкие кристаллы, Спиновой плотности волны, Спиновое стекло, Магнитные полупроводники).
При изменении величин Т, {Хі} (или {^і}) между упорядоченными фазами могут происходить фазовые переходы (ФП) — спонтанные (по T1), индуцированные (по Р, E или Н) или концентрационные (по с). Равновесие фаз при ФП характеризуется равенством термодинамич. потенциалов; при этом их первые (для ФП 1-го рода) и вторые (для ФП 2-го рода) производные могут иметь разрывы или др. особенности. В простейшем случае спонтанный ФП 2-го рода происходит в изолиров. точке Te (см. Кюрц точка, Нееля точка, Сверхтекучесть, Сверхпроводимость). Если действие обобщённых полей (Xj) ие устраняет особенности термодинамич. потенциала и его производных, то на диаграмме состояний возникает линия (поверхность) ФП — ф а з о в а я граница ГС({Х,().
Классифинация. Возможны два вида П. т.: 1) ФП вдоль фазовой границы сохраняет изоморфиость (род ФП не меняется), что обычно характерно для систем
1-го типа. П. т. определяется пересечением двух или более фазовых границ; 2) изоморфиость ФП вдол*. фазовой границы нарушается. П. т. представляет собой особую точку на линии ФП, в к-рой это происходит» Такая ситуация реализуется в осн. в системах 2-го* типа. Примером изоморфных линий ФП в случае равновесия двух фаз — упорядоченной (дальний порядок) и неупорядоченной (ближний порядок) — является лнния ФП 2-го рода в одноосном ферромагнетике (рис. 1), а для ФП 1-го рода фазовая граница жид-
Рис. 1. Фазовая диаграмма одноосного ферромагнетика в магнитном поле Н, перпендикулярном оси анизотропии, Tc — точка Кюри.
Рис. 2. Фазовая диаграмма системы газ (II) — жидкость (I)— твёрдое тело (III).
кость — тв. тело (рис. 2). Фазовая граница жидкость —• газ обладает особенностью: она заиаичивается критичен ской точкой, аналогичной точке ФП 2-го рода. В критической точке нарушается изоморфиость ФП, поэтому
ова — простейший случай П. т. 2-го вида. Полная диаграмма состояния обнаруживает др. особенность: тройную точку. Это П. т. 1-го вида, в к-рой пересекаются три фазовые границы и находятся в равновесии 3 фазы. В более общем случае полиморфизма возможны другие TL т., определяемые пересечением линий ФП между разл. кристаллич. модификациями.
Обозначения и определения некоторых поликритических точек (рис. 2 и 3)
Обозначение Название и пример Определение
KT Критическая точка. Рис. 2 Точна нарушения изоморфно-сти ФП 1-го рода, эквивалентная ФП 2-го рода.
TT Тройная точка* Рис. 2 Точка пересечения трёх линий ФП 1-го рода.
Б KT Бикритическая точка. Рис. 3,а,б Точка пересечения двух линий ФП 2-го рода и одной линии ФП 1-го рода.
TKT Трикритическая точка. Рис- 3,в,г Точка пересечения трёх линий ФП 2-го рода и одной линии TT (точка перехода линии ФП 1-го рода в линию ФП 2-го рода).
ЧКТ Четырёхкритическая точка., Рис. 3,Э Точка пересечения четырёх линий ФП 2-го рода.
ТЛ Точка Лифшица. Рис. 3,(1 Б КТ, для к-рой одна из упорядоченных фаз является несоразмерной.
ТО Точка окончания. IjIic. З.е Точка, в к-рой линия ФП 2-го рода пересекает линию ФП 1-го рода.
При расширении фазового пространства (иапр., при добавлении термодинамич. параметра AT') фазовая диаграмма может существенно модифицироваться. Фаговая диаграмма с TKT принимает вид симметричной фазовой поверхности («крылья бабочки», рис. 4, а); в TKT сходятся три линии ФП 2-го рода (это объясняет её назв.). В более общем случае фазовая диаграмма принимает вид, изображённый иа рис. 4 (б), где возникают линии ТКТ, КТ, ТО. По-иному выглядят П. т. и нри построении фазовой диаграммы в пространстве термодинамич. переменных {я*}, T вместо Т.
Фазовая диаграмма с TKT принимает вид, изображённый иа рис. 5, где область III соответствует смешанному (двухфазному) состоянию.
