Fazaviy o‘tish nima

Fazaviy o‘tish (fazaviy o‘zgarish) termodinamikada — moddaning bir termodinamik fazadan boshqasiga tashqi sharoitlar o‘zgarganda o‘tishidir. Tizimning fazaviy diagrammadagi holatini belgilovchi intensiv parametrlar (harorat, bosim va hokazo) o‘zgarganda, tizim ikki fazani ajratib turuvchi chegaraviy chiziqni kesib o‘tsa, fazaviy o‘tish yuz beradi. Turli termodinamik fazalar har xil holat tenglamalari bilan tavsiflanganligi sababli, fazaviy o‘tishda sakrashsimon o‘zgaradigan biror kattalikni doimo topish mumkin.

Moddaning termodinamik fazalarga bo‘linishi uni agregat holatlariga ko‘ra tasniflashga qaraganda batafsilroqdir. Shuning uchun har bir fazaviy o‘tish agregat holatning o‘zgarishi bilan kechmaydi. Biroq agregat holatning har qanday o‘zgarishi fazaviy o‘tish hisoblanadi.

Fazaviy o‘tishlar ko‘pincha harorat o‘zgarib, bosim doimiy (odatda 1 atmosfera) bo‘lgan sharoitda ko‘rib chiqiladi. Shu sababli fazaviy o‘tish «chizig‘i» emas, «nuqtasi», erish harorati va shu kabi atamalar ko‘p qo‘llanadi. Fazaviy o‘tish bosim o‘zgarganda ham, harorat va bosim doimiy bo‘lib, tarkibiy qismlar konsentratsiyasi o‘zgarganda ham yuz berishi mumkin (masalan, kristallchalarning tuz eritmasida eritma to‘yingach hosil bo‘lishi).

Fazaviy o‘tishlarning tasnifi

Fazaviy diagrammadagi birinchi tur fazaviy o‘tishlar

Birinchi turdagi fazaviy o‘tishda eng muhim, birlamchi parametrlar sakrashsimon o‘zgaradi: solishtirma hajm, to‘plangan ichki energiya miqdori, tarkibiy qismlar konsentratsiyasi va hokazo. Bunda ularning vaqt bo‘yicha emas, balki harorat, bosim va boshqa kattaliklar o‘zgargandagi sakrashsimon o‘zgarishi nazarda tutiladi (vaqtga bog‘liq o‘zgarish haqida quyidagi «Fazaviy o‘tishlar dinamikasi»).

Eng ko‘p uchraydigan birinchi tur fazaviy o‘tishlar:

Ikkinchi turdagi fazaviy o‘tishda zichlik va ichki energiya o‘zgarmaydi, shu bois bunday fazaviy o‘tish oddiy ko‘zga sezilmasligi mumkin. Ammo bu kattaliklarning harorat va bosim bo‘yicha hosilalari — issiqlik sig‘imi, issiqlikdan kengayish koeffitsiyenti, turli ta’sirchanliklar va boshqalar — sakrashsimon o‘zgaradi.

Ikkinchi tur fazaviy o‘tishlar modda tuzilishining simmetriyasi o‘zgarganda (simmetriya butunlay yo‘qolishi yoki kamayishi mumkin) yuz beradi. Ikkinchi tur fazaviy o‘tishning simmetriya o‘zgarishi bilan bog‘liqligi Landau nazariyasida tushuntiriladi. Hozirda simmetriya o‘zgarishi haqida emas, balki o‘tish nuqtasida paydo bo‘ladigan kattalik haqida gapiriladi: tartib parametri. Uning qiymati nosimmetrik fazada noldan farqli, simmetrik fazada esa nolga teng bo‘ladigan qilib aniqlanadi. Boshqacha aytganda, quyidagi tenglik qat’iy bajarilganda jismning simmetriyasi ortadi: . Agar tartib parametri noldan qanchalik kichik bo‘lmasin farq qilsa, bu simmetriyaning pasayganini bildiradi. Agar uzluksiz ravishda nolga intilsa, gap II tur fazaviy o‘tish haqida ketmoqda. Ikkinchi tur fazaviy o‘tish nuqtasida holatning uzluksiz o‘zgarishi shu nuqtada termodinamik funksiyalarning ham uzluksiz o‘zgarishiga olib keladi.

Ikkinchi tur fazaviy o‘tishlarning eng ko‘p uchraydigan misollari:

Ikkinchi tartibdan yuqori fazaviy o‘tishlar mavjudligi hozirgacha tajribada tasdiqlanmagan. Nazariy tahlil yuqori tartibli fazaviy o‘tishlar prinsipial jihatdan imkonsiz, degan xulosaga asos bermaydi (masalan, Boze kondensatsiyasi — gazdagi erkin bozonlar uchun uchinchi tur fazaviy o‘tishga misol bo‘lib, bu holat mavhum termodinamik tizimda yuz beradi). Biroq uchinchi tur fazaviy o‘tishda muvozanat shartlarining o‘zi moddaning xossalariga shu qadar kuchli cheklovlar qo‘yadiki, bunday o‘tishlar nazariy jihatdan mumkin bo‘lsa-da, amalda juda kam ro‘y berishi kutiladi.

So‘nggi vaqtlarda kvant fazaviy o‘tish tushunchasi keng tarqaldi. Bu klassik issiqlik fluktuatsiyalari emas, balki kvant fluktuatsiyalari boshqaradigan fazaviy o‘tishdir. Kvant fluktuatsiyalari hatto mutlaq nol haroratda ham mavjud; u yerda klassik fazaviy o‘tish Nernst teoremasi sababli ro‘y bera olmaydi.

Fazaviy o‘tishlar dinamikasi

Yuqorida aytilganidek, modda xossalarining sakrashsimon o‘zgarishi deganda harorat va bosim o‘zgarganda yuz beradigan keskin o‘zgarish tushuniladi. Aslida esa tizimga ta’sir qilganimizda bu kattaliklarni emas, uning hajmi va umumiy ichki energiyasini o‘zgartiramiz. Bunday o‘zgarish har doim cheklangan tezlikda kechadi. Demak, zichlik yoki solishtirma ichki energiyadagi butun uzilishni «bosib o‘tish» uchun ma’lum vaqt kerak. Shu vaqt davomida fazaviy o‘tish moddaning butun hajmida birdaniga emas, asta-sekin ro‘y beradi. Bunda birinchi tur fazaviy o‘tishda ma’lum miqdorda energiya ajraladi (yoki yutiladi); u fazaviy o‘tish issiqligi deb ataladi. Fazaviy o‘tish to‘xtab qolmasligi uchun bu issiqlikni uzluksiz chiqarib turish (yoki yetkazib berish) yoxud tizim ustida ish bajarish orqali uning o‘rnini qoplash zarur.

Natijada shu vaqt davomida tizimni ifodalovchi fazaviy diagrammadagi nuqta jarayon to‘liq yakunlangunga qadar «qotib qoladi» (ya’ni bosim va harorat o‘zgarmay turadi).

Adabiyotlar

  • Aleshkevich V. A. Molekulyar fizika. — M.: Fizmatlit, 2016. — 308 b. — (Umumiy fizika bo‘yicha universitet kursi). — ISBN 978-5-9221-1696-1.
  • Bazarov I. P. Termodinamika. — Sankt-Peterburg: Lan nashriyoti, 2010. — 384 b.
  • Bazarov I. P. Termodinamikadagi yanglish tushunchalar va xatolar. 2-nashr, tuzatilgan. — M.: Editorial URSS, 2003. 120 b.
  • Guxman A. A. Termodinamikaning asoslari haqida. — 2-nashr, tuzatilgan. — M.: LKI nashriyoti, 2010. — 384 b. — ISBN 978-5-382-01105-9.
  • Karyakin N. V. Kimyoviy termodinamika asoslari. — M.: Akademiya, 2003. — 463 b. — (Oliy kasbiy ta’lim). — ISBN 5-7695-1596-1.
  • Kvasnikov I. A. Termodinamika va statistik fizika. 1-jild: Muvozanatdagi tizimlar nazariyasi: Termodinamika. — 1-jild. 2-nashr, tuzatilgan va to‘ldirilgan. — M.: URSS, 2002. 240 b.
  • Novikov I. I. Termodinamika. — M.: Mashinasozlik, 1984. — 592 b.
  • Poltorak O. M. Fizik kimyoda termodinamika. — M.: Oliy maktab, 1991. — 320 b. — ISBN 5-06-002041-X.
  • Rumer Yu. B., Rivkin M. Sh. Termodinamika, statistik fizika va kinetika. — 2-nashr, tuzatilgan va to‘ldirilgan. — Novosibirsk: Nosib. universiteti nashriyoti, 2000. — 608 b. — ISBN 5-7615-0383-2.
  • Patashinskiy A. Z., Pokrovskiy V. L. Fazaviy o‘tishlarning fluktuatsion nazariyasi. — 2-nashr. — M.: Nauka, 1982. — 382 b.
  • Gufan Yu. M.. Fazaviy o‘tishlarning termodinamik nazariyasi. — Rostov-Don: Rostov universiteti nashriyoti, 1982. — 172 b.
  • Sinay Ya. G. Fazaviy o‘tishlar nazariyasi. — M., Nauka, 1980. — 208 b.