Изменение внутренней энергии при фазовых переходах. Теория открытого мира

Понятие фаза в термодинамике рассматривают в более широком смысле, чем агрегатные состояния. Согласно , под фазой в термодинамике понимают термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества . Иногда неравновесное метастабильное состояние вещества также называют фазой, но метастабильной. Фазы вещества могут отличаться характером движения структурных частиц и наличием или отсутствием упорядоченной структуры. Различные кристаллические фазы могут отличаться друг от друга типом кристаллической структуры, электропроводностью, электрическими и магнитными свойствами и др. Жидкие фазы отличаются друг от друга концентрацией компонентов, наличием или отсутствием сверхпроводимости и т.п.

Переход вещества из одной фазы в другую называется фазовым переходом . К фазовым переходам относятся явления парообразования и плавления, конденсации и кристаллизации и др.. В двухфазной системе фазы находятся в равновесии при одной и той же температуре. При увеличении объёма некоторая часть жидкости превращается в пар, но при этом для поддержания температуры неизменной необходимо извне передать некоторое количество теплоты. Таким образом, для осуществления перехода из жидкой фазы в газообразную системе необходимо передать теплоту без изменения температуры системы. Эта теплота идёт на изменение фазового состояния вещества и называется теплотой фазового превращения или скрытой теплотой перехода . С повышением температуры скрытая теплота перехода фиксированной массы вещества уменьшается, а при критической температуре она равна нулю. Для характеристики фазового перехода используют удельную теплоту фазового перехода. Удельной теплотой фазового перехода называется количество скрытой теплоты, приходящейся на единицу массы вещества.

Фазовые переходы с поглощением или выделением скрытой теплоты перехода называются фазовыми переходами первого рода . При этом внутренняя энергия и плотность изменяются скачком. При переходе из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное состояние энтропия увеличивается. В таблице приведены фазовые переходы первого рода и их основные характеристики.

Таблица. Фазовые переходы первого рада и их основные характеристики .

Фазовый переход	Направление перехода	Скрытая теплота перехода	Изменение энтропии при фазовом переходе
Парообразование	Жидкость  пар	L П – удельная теплота парообразования, т- масса жидкости, переведённой в пар.	Энтропия возрастает
Конденсация	Пар  жидкость	, где L КОН – величина удельной теплоты конденсации, т- масса пара, переведённого в жидкость	Энтропия убывает ΔS кр < 0
Плавление	Твёрдое тело жидкость	, где L ПЛ – удельная теплота плавления, т- масса твёрдого тела, переведённого в жидкость	Энтропия возрастает ΔS пл > 0
Кристаллизация	Жидкость  твёрдое тело	, где L КР т- масса жидкости, переведённой в твёрдое тело - кристалл	Энтропия убывает ΔS кр < 0
Сублимация (или возгонка)	Твёрдое тело  Пар	, где L С – удельная теплота сублимации, т- масса твёрдого тела, переведённого в пар	Энтропия возрастает
Десублимация (Кристаллизация минуя жидкую фазу)	Пар  твёрдое тело (минуя жидкую фазу)	, где L КР – величина удельной теплоты кристаллизации, т- масса пара, переведённого в твёрдое тело - кристалл	Энтропия убывает ΔS кр < 0

Существует связь между давлением, при котором находится в равновесии двухфазная система, и температурой при фазовых переходах первого рода. Эта связь описывается . Рассмотрим вывод этого уравнения для закрытых систем. Если число частиц в системе постоянно, то изменение внутренней энергии, согласно первому началу термодинамики, определяется выражением: . Равновесие между фазами наступит при условии, что Т 1 = Т 2 и Р 1 = Р 2 . Рассмотрим бесконечно малый обратимый цикл Карно (рис.6.8), изотермы которого соответствуют состоянию двухфазной системы при температурах Т и dT . Поскольку параметры состояния при этом изменяются бесконечно мало, изотермы и адиабаты на рис.6.8 изображены прямыми. Давление в таком цикле изменяется на величину dP . Работа системы за цикл определяется формулой:
. Предположим, что цикл реализован для системы масса вещества которой равна единице. Коэффициент полезного действия такого элементарного цикла Карно можно определить по формулам:
или
, гдеL П – удельная теплота парообразования. Приравнивая правые части этих равенств, и подставив выражение работы через давление и объём, получим:
. Соотнесём изменение давления с изменением температуры и получим:

(6.23)

Уравнение (6.23) называется уравнением Клапейрона – Клаузиуса . Анализируя это уравнение, можно заключить, что с ростом температуры давление увеличивается. Это следует из того, что
, а значит и
.

Уравнение Клапейрона – Клаузиуса применимо не только к переходу «жидкость – пар». Оно применимо ко всем переходам первого рода. В общем виде его можно записать так:

(6.24)

Используя уравнение Клапейрона – Клаузиуса можно представить диаграмму состояний системы в координатах Р,Т (рис.6.9). На этой диаграмме кривая 1 – кривая сублимации. Она соответствует равновесному состоянию двух фаз: твёрдой и парообразной. Точки, лежащие слева от этой кривой характеризуют однофазное твёрдое состояние. Точки, лежащие справа, характеризуют парообразное состояние. Кривая 2 – кривая плавления. Она соответствует равновесному состоянию двух фаз: твёрдой и жидкой. Точки, лежащие слева от этой кривой характеризуют однофазное твёрдое состояние. Точки, лежащие справа от неё до кривой 3, характеризуют жидкое состояние. Кривая 3 – кривая парообразования. Она соответствует равновесному состоянию двух фаз: жидкой и парообразной. Точки, лежащие слева от этой кривой характеризуют однофазное жидкое состояние. Точки, лежащие справа, характеризуют парообразное состояние. Кривая 3, в отличии от кривых 1 и 2, ограничена с двух сторон. С одной стороны – тройной точкой Тр , с другой стороны - критической точкой К (рис.6.9). Тройная точка описывает равновесное состояние сразу трёх фаз: твёрдой, жидкой и парообразной.

Темы кодификатора ЕГЭ : изменение агрегатных состояний вещества, плавление и кристаллизация, испарение и конденсация, кипение жидкости, изменение энергии в фазовых переходах.

Лёд, вода и водяной пар - примеры трёх агрегатных состояний вещества: твёрдого, жидкого и газообразного. В каком именно агрегатном состоянии находится данное вещество - зависит от его температуры и других внешних условий, в которых оно находится.

При изменении внешних условий (например, если внутренняя энергия тела увеличивается или уменьшается в результате нагревания или охлаждения) могут происходить фазовые переходы - изменения агрегатных состояний вещества тела. Нас будут интересовать следующие фазовые переходы .

Плавление (твёрдое тело жидкость) и кристаллизация (жидкость твёрдое тело).
Парообразование (жидкость пар) и конденсация (пар жидкость).

Плавление и кристаллизация

Большинство твёрдых тел являются кристаллическими , т.е. имеют кристаллическую решётку - строго определённое, периодически повторяющееся в пространстве расположение своих частиц.

Частицы (атомы или молекулы) кристаллического твёрдого тела совершают тепловые колебания вблизи фиксированных положений равновесия - узлов кристаллической решётки.

Например, узлы кристаллической решётки поваренной соли - это вершины кубических клеток «трёхмерной клетчатой бумаги» (см. рис. 1 , на котором шарики большего размера обозначают атомы хлора (изображение с сайта en.wikipedia.org.)); если дать испариться воде из раствора соли, то оставшаяся соль будет нагромождением маленьких кубиков.

Рис. 1. Кристаллическая решётка

Плавлением называется превращение кристаллического твёрдого тела в жидкость. Расплавить можно любое тело - для этого нужно нагреть его до температуры плавления , которая зависит лишь от вещества тела, но не от его формы или размеров. Температуру плавления данного вещества можно определить из таблиц.

Наоборот, если охлаждать жидкость, то рано или поздно она перейдёт в твёрдое состояние. Превращение жидкости в кристаллическое твёрдое тело называется кристаллизацией или отвердеванием . Таким образом, плавление и кристаллизация являются взаимно обратными процессами.

Температура, при которой жикость кристаллизуется, называется температурой кристаллизации . Оказывается, что температура кристаллизации равна температуре плавления: при данной температуре могут протекать оба процесса. Так, при лёд плавится, а вода кристаллизуется; что именно происходит в каждом конкретном случае - зависит от внешних условий (например, подводится ли тепло к веществу или отводится от него).

Как происходят плавление и кристаллизация? Каков их механизм? Для уяснения сути этих процессов рассмотрим графики зависимости температуры тела от времени при его нагревании и охлаждении - так называемые графики плавления и кристаллизации.

График плавления

Начнём с графика плавления (рис. 2 ). Пусть в начальный момент времени (точка на графике) тело является кристаллическим и имеет некоторую температуру .

Рис. 2. График плавления

Затем к телу начинает подводиться тепло (скажем, тело поместили в плавильную печь), и температура тела повышается до величины - температуры плавления данного вещества. Это участок графика.

На участке тело получает количество теплоты

где - удельная теплоёмкость вещества твёрдого тела, - масса тела.

При достижении температуры плавления (в точке ) ситуация качественно меняется. Несмотря на то, что тепло продолжает подводиться, температура тела остаётся неизменной. На участке происходит плавление тела - его постепенный переход из твёрдого состояния в жидкое. Внутри участка мы имеем смесь твёрдого вещества и жидкости, и чем ближе к точке , тем меньше остаётся твёрдого вещества и тем больше появляется жидкости. Наконец, в точке от исходного твёрдого тела не осталось ничего: оно полностью превратилось в жидкость.

Участок соответствует дальнейшему нагреванию жидкости (или, как говорят, расплава ). На этом участке жидкость поглощает количество теплоты

где - удельная теплоёмкость жидкости.

Но нас сейчас больше всего интересует - участок фазового перехода. Почему не меняется температура смеси на этом участке? Тепло-то подводится!

Вернёмся назад, к началу процесса нагревания. Повышение температуры твёрдого тела на участке есть результат возрастания интенсивности колебаний его частиц в узлах кристаллической решётки: подводимое тепло идёт на увеличение кинетической энергии частиц тела (на самом деле некоторая часть подводимого тепла расходуется на совершение работы по увеличению средних расстояний между частицами - как мы знаем, тела при нагревании расширяются. Однако эта часть столь мала, что её можно не принимать во внимание.).

Кристаллическая решётка расшатывается всё сильнее и сильнее, и при температуре плавления размах колебаний достигает той предельной величины, при которой силы притяжения между частицами ещё способны обеспечивать их упорядоченное расположение друг относительно друга. Твёрдое тело начинает «трещать по швам», и дальнейшее нагревание разрушает кристаллическую решётку - так начинается плавление на участке .

С этого момента всё подводимое тепло идёт на совершение работы по разрыву связей, удерживающих частицы в узлах кристаллической решётки, т.е. на увеличение потенциальной энергии частиц. Кинетическая энергия частиц при этом остаётся прежней, так что температура тела не меняется. В точке кристаллическая структура исчезает полностью, разрушать больше нечего, и подводимое тепло снова идёт на увеличение кинетической энергии частиц - на нагревание расплава.

Удельная теплота плавления

Итак, для превращения твёрдого тела в жидкость мало довести его до температуры плавления. Необходимо дополнительно (уже при температуре плавления) сообщить телу некоторое количество теплоты для полного разрушения кристаллической решётки (т.е. для прохождения участка ).

Это количество теплоты идёт на увеличение потенциальной энергии взаимодействия частиц. Следовательно, внутренняя энергия расплава в точке больше внутренней энергии твёрдого тела в точке на величину .

Опыт показывает, что величина прямо пропорциональна массе тела:

Коэффициент пропорциональности не зависит от формы и размеров тела и является характеристикой вещества. Он называется удельной теплотой плавления вещества . Удельную теплоту плавления данного вещества можно найти в таблицах.

Удельная теплота плавления численно равна количеству теплоты, необходимому для превращения в жидкость одного килограмма данного кристаллического вещества, доведённого до температуры плавления.

Так, удельная теплота плавления льда равна кДж/кг, свинца - кДж/кг. Мы видим, что для разрушения кристаллической решётки льда требуется почти в раз больше энергии! Лёд относится к веществам с большой удельной теплотой плавления и поэтому весной тает не сразу (природа приняла свои меры: обладай лёд такой же удельной теплотой плавления, как и свинец, вся масса льда и снега таяла бы с первыми оттепелями, затопляя всё вокруг).

График кристаллизации

Теперь перейдём к рассмотрению кристаллизации - процесса, обратного плавлению. Начинаем с точки предыдущего рисунка. Предположим, что в точке нагревание расплава прекратилось (печку выключили и расплав выставили на воздух). Дальнейшее изменение температуры расплава представлено на рис. (3) .

Рис. 3. График кристаллизации

Жидкость остывает (участок ), пока её температура не достигнет температуры кристаллизации, которая совпадает с температурой плавления .

С этого момента температура расплава меняться перестаёт, хотя тепло по-прежнему уходит от него в окружающую среду. На участке происходит кристаллизация расплава - его постепенный переход в твёрдое состояние. Внутри участка мы снова имеем смесь твёрдой и жидкой фаз, и чем ближе к точке , тем больше становится твёрдого вещества и тем меньше - жидкости.Наконец,вточке жидкостинеостаётсявовсе-онаполностьюкристаллизовалась.

Следующий участок соответствует дальнейшему остыванию твёрдого тела, возникшего в результате кристаллизации.

Нас опять-таки интересует участок фазового перехода : почему температура остаётся неизменной, несмотря на уход тепла?

Снова вернёмся в точку . После прекращения подачи тепла температура расплава понижается, так как его частицы постепенно теряют кинетическую энергию в результате соударений с молекулами окружающей среды и излучения электромагнитных волн.

Когда температура расплава понизится до температуры кристаллизации (точка ), его частицы замедлятся настолько, что силы притяжения окажутся в состоянии «развернуть» их должным образом и придать им строго определённую взаимную ориентацию в пространстве. Так возникнут условия для зарождения кристаллической решётки, и она действительно начнёт формироваться благодаря дальнейшему уходу энергии из расплава в окружающее пространство.

Одновременно начнётся встречный процесс выделения энергии: когда частицы занимают свои места в узлах кристаллической решётки, их потенциальная энергия резко уменьшается, за счёт чего увеличивается их кинетическая энергия - кристаллизующаяся жидкость является источником тепла (часто у проруби можно увидеть сидящих птиц. Они там греются!). Выделяющееся в ходе кристаллизации тепло в точности компенсирует потерю тепла в окружающую среду, и потому температура на участке не меняется.

В точке расплав исчезает, а вместе с завершением кристаллизации исчезает и этот внутренний «генератор» тепла. Вследствие продолжающегося рассеяния энергии во внешнюю среду понижение температуры возобновится, но только остывать уже будет образовавшееся твёрдое тело (участок ).

Как показывает опыт, при кристаллизации на участке выделяется ровно то же самое количество теплоты , которое было поглощено при плавлении на участке .

Парообразование и конденсация

Парообразование - это переход жидкости в газообразное состояние (в пар ). Существует два способа парообразования: испарение и кипение.

Испарением называется парообразование, которое происходит при любой температуре со свободной поверхности жидкости. Как вы помните из листка «Насыщенный пар», причиной испарения является вылет из жидкости наиболее быстрых молекул, которые способны преодолеть силы межмолекулярного притяжения. Эти молекулы и образуют пар над поверхностью жидкости.

Разные жидкости испаряются с разными скоростями: чем больше силы притяжения молекул друг к другу - тем меньшее число молекул в единицу времени окажутся в состоянии их преодолеть и вылететь наружу, и тем меньше скорость испарения. Быстро испаряются эфир, ацетон, спирт (их иногда называют летучими жидкостями), медленнее - вода, намного медленнее воды испаряются масло и ртуть.

Скорость испарения растёт с повышением температуры (в жару бельё высохнет скорее), поскольку увеличивается средняя кинетическая энергия молекул жидкости, и тем самым возрастает число быстрых молекул, способных покинуть её пределы.

Скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости: чем больше площадь, тем большее число молекул получают доступ к поверхности, и испарение идёт быстрее (вот почему при развешивании белья его тщательно расправляют).

Одновременно с испарением наблюдается и обратный процесс: молекулы пара, совершая беспорядочное движение над поверхностью жидкости, частично возвращаются обратно в жидкость. Превращение пара в жидкость называется конденсацией .

Конденсация замедляет испарение жидкости. Так, в сухом воздухе бельё высохнет быстрее, чем во влажном. Быстрее оно высохнет и на ветру: пар сносится ветром, и испарение идёт более интенсивно

В некоторых ситуациях скорость конденсации может оказаться равной скорости испарения. Тогда оба процесса компенсируют друг друга и наступает динамическое равновесие: из плотно закупоренной бутылки жидкость не улетучивается годами, а над поверхностью жидкости в этом случае находится насыщенный пар .

Конденсацию водяного пара в атмосфере мы постоянно наблюдаем в виде облаков, дождей и выпадающей по утрам росы; именно испарение и конденсация обеспечивают круговорот воды в природе, поддерживая жизнь на Земле.

Поскольку испарение - это уход из жидкости самых быстрых молекул, в процессе испарения средняя кинетическая энергия молекул жидкости уменьшается, т.е. жидкость остывает. Вам хорошо знакомо ощущение прохлады и порой даже зябкости (особенно при ветре), когда выходишь из воды: вода, испаряясь по всей поверхности тела, уносит тепло, ветер же ускоряет процесс испарения (nеперь понятно, зачем мы дуем на горячий чай. Кстати сказать, ещё лучше при этом втягивать воздух в себя, поскольку на поверхность чая тогда приходит сухой окружающий воздух, а не влажный воздух из наших лёгких;-)).

Ту же прохладу можно почувствовать, если провести по руке кусочком ваты, смоченным в летучем растворителе (скажем, в ацетоне или жидкости для снятия лака). В сорокаградусную жару благодаря усиленному испарению влаги через поры нашего тела мы сохраняем свою температуру на уровне нормальной; не будь этого терморегулирующего механизма, в такую жару мы бы попросту погибли.

Наоборот, в процессе конденсации жидкость нагревается: молекулы пара при возвращении в жидкость разгоняются силами притяжения со стороны находящихся поблизости молекул жидкости, в результате чего средняя кинетическая энергия молекул жидкости увеличивается (сравните это явление с выделением энергии при кристаллизации расплава!).

Кипение

Кипение - это парообразование, происходящее по всему объёму жидкости.

Кипение оказывается возможным потому, что в жидкости всегда растворено какое-то количество воздуха, попавшего туда в результате диффузии. При нагревании жидкости этот воздух расширяется, пузырьки воздуха постепенно увеличиваются в размерах и становятся видимы невооружённым глазом (в кастрюле с водой они осаждают дно и стенки). Внутри воздушных пузырьков находится насыщенный пар, давление которого, как вы помните, быстро растёт с повышением температуры.

Чем крупнее становятся пузырьки, тем большая действует на них архимедова сила, и определённого момента начинается отрыв и всплытие пузырьков. Поднимаясь вверх, пузырьки попадают в менее нагретые слои жидкости; пар в них конденсируется, и пузырьки сжимаются опять. Схлопывание пузырьков вызывает знакомый нам шум, предшествующий закипанию чайника. Наконец, с течением времени вся жидкость равномерно прогревается, пузырьки достигают поверхности и лопаются, выбрасывая наружу воздух и пар - шум сменяется бульканьем, жидкость кипит.

Пузырьки, таким образом, служат «проводниками» пара изнутри жидкости на её поверхность. При кипении наряду с обычным испарением идёт превращение жидкости в пар по всему объёму - испарение внутрь воздушных пузырьков с последующим выводом пара наружу. Вот почему кипящая жидкость улетучивается очень быстро: чайник, из которого вода испарялась бы много дней, выкипит за полчаса.

В отличие от испарения, происходящего при любой температуре, жидкость начинает кипеть только при достижении температуры кипения - именно той температуры, при которой пузырьки воздуха оказываются в состоянии всплыть и добраться до поверхности. При температуре кипения давление насыщенного пара становится равно внешнему давлению на жидкость (в частности, атмосферному давлению ). Соответственно, чем больше внешнее давление, тем при более высокой температуре начнётся кипение.

При нормальном атмосферном давлении ( атм или Па) температура кипения воды равна . Поэтому давление насыщенного водяного пара при температуре равно Па. Этот факт необходимо знать для решения задач - часто он считается известным по умолчанию.

На вершине Эльбруса атмосферное давление равно атм, и вода там закипит при температуре . А под давлением атм вода начнёт кипеть только при .

Температура кипения (при нормальном атмосферном давлении) является строго определённой для данной жидкости величиной (температуры кипения, приводимые в таблицах учебников и справочников - это температуры кипения химически чистых жидкостей. Наличие в жидкости примесей может изменять температуру кипения. Скажем, водопроводная вода содержит растворённый хлор и некоторые соли, поэтому её температура кипения при нормальном атмосферном давлении может несколько отличаться от ). Так, спирт кипит при , эфир - при , ртуть - при . Обратите внимание: чем более летучей является жидкость, тем ниже её температура кипения. В таблице температур кипения мы видим также, что кислород кипит при . Значит, при обычных температурах кислород - это газ!

Мы знаем, что если чайник снять с огня, то кипение тут же прекратится - процесс кипения требует непрерывного подвода тепла. Вместе с тем, температура воды в чайнике после закипания перестаёт меняться, всё время оставаясь равной . Куда же при этом девается подводимое тепло?

Ситуация аналогична процессу плавления: тепло идёт на увеличение потенциальной энергии молекул. В данном случае - на совершение работы по удалению молекул на такие расстояния, что силы притяжения окажутся неспособными удерживать молекулы неподалёку друг от друга, и жидкость будет переходить в газообразное состояние.

График кипения

Рассмотрим графическое представление процесса нагревания жидкости - так называемый график кипения (рис. 4 ).

Рис. 4. График кипения

Участок предшествует началу кипения. На участке жидкость кипит, её масса уменьшается. В точке жидкость выкипает полностью.

Чтобы пройти участок , т.е. чтобы жидкость, доведённую до температуры кипения, полностью превратить в пар, к ней нужно подвести некоторое количество теплоты . Опыт показывает, что данное количество теплоты прямо пропорционально массе жидкости:

Коэффициент пропорциональности называется удельной теплотой парообразования жидкости (при температуре кипения). Удельная теплота парообразования численно равна количеству теплоты, которое нужно подвести к 1 кг жидкости, взятой при температуре кипения, чтобы полностью превратить её в пар.

Так, при удельная теплота парообразования воды равна кДж/кг. Интересно сравнить её с удельной теплотой плавления льда ( кДж/кг) - удельная теплота парообразования почти в семь раз больше! Это и не удивительно: ведь для плавления льда нужно лишь разрушить упорядоченное расположение молекул воды в узлах кристаллической решётки; при этом расстояния между молекулами остаются примерно теми же. А вот для превращения воды в пар нужно совершить куда большую работу по разрыву всех связей между молекулами и удалению молекул на значительные расстояния друг от друга.

График конденсации

Процесс конденсации пара и последующего остывания жидкости выглядит на графике симметрично процессу нагревания и кипения. Вот соответствующий график конденсации для случая стоградусного водяного пара, наиболее часто встречающегося в задачах (рис. 5 ).

Рис. 5. График конденсации

В точке имеем водяной пар при . На участке идёт конденсация; внутри этого участка - смесь пара и воды при . В точке пара больше нет, имеется лишь вода при . Участок - остывание этой воды.

Опыт показывает, что при конденсации пара массы (т. е. при прохождении участка ) выделяется ровно то же самое количество теплоты , которое было потрачено на превращение в пар жидкости массы при данной температуре.

Давайте ради интереса сравним следующие количества теплоты:

Которое выделяется при конденсации г водяного пара;
, которое выделяется при остывании получившейся стоградусной воды до температуры, скажем, .

Дж;
Дж.

Эти числа наглядно показывают, что ожог паром гораздо страшнее ожога кипятком. При попадании на кожу кипятка выделяется «всего лишь» (кипяток остывает). А вот при ожоге паром сначала выделится на порядок большее количество теплоты (пар конденсируется), образуется стоградусная вода, после чего добавится та же величина при остывании этой воды.

Старик шел по дороге и увидел людей работающих на огромной стройке. Он спросил у них: – «Чем вы заняты?».
Первый ответил: – «Не видишь что ли, песок таскаю и эти проклятые камни!».
Второй ответил: – «Бетонирую перекрытия».
Третий сказал: – «Вкалываю от зари до зари».
Четвертый же ответил: – «Я строю новый космодром, с которого моя дочь полетит к звёздам».
© старая притча на новый лад

Однажды я заметил интересную закономерность: – острота разногласий в обществе, прямо пропорциональна уровню технологического развития этого са́мого общества.
И чем лучше развиты люди – тем спокойнее они воспринимают что-то новое. Оценивая открывающиеся перспективы с точки зрения пользы, рациональности и здравого смысла.

Что такое «фазовый переход»?
В физике, фазовый переход это превращение вещества из одного своего состояния в другое (например, когда лёд становится водой, а вода – па́ром), происходящее под воздействием ряда условий (при изменении давления, температуры, концентрации, магнитного поля и т.п.). Процесс не мгновенен, занимает какое-то время, и требует поддержания созданных условий. При этом, во внешнюю среду выделяется (или забирается из неё) энное количество энергии.
А потом р-раз! – и «мир уже никогда не будет прежним».

Если рассматривать общество как воду (всё течет, всё изменяется), то для фазового перехода точно так же потребуется создать необходимые условия. По моим расчетам, для масштабного социального сдвига, требуется от 2 до 7 лет (в зависимости от силы воздействия и уровня развития общества).

Какие условия должны быть созданы для перехода количества в качество?
1. Непрерывный научно-технический прогресс, плоды которого быстро проникают в жизнь общества;
2. Нарастание социального давления снизу (когда жить по новому не дают, а по старому жить – отвратительно);
3. Повышение самостоятельности и автономности (от государства и элиты), информированности и интеллектуальной развитости граждан;
4. Распространение Сети, популяризация открытого пространства и открытых решений;
5. Что-то ещё;

В идеальном мире, если можно было бы задействовать сразу все эти процессы, мы бы получили быстрый и качественный результат. Но и по отдельности они могут капля за каплей подтачивать историческую легитимность современного мироустройства.

Общество будущего – это общество пережившее научно-техническую революцию. А точкой фазового перехода станет момент, когда появившиеся технологии позволят жить по-новому, автономно от старой элиты.
Произойдет разрыв между «властелинами мира» и простыми жителями. Люди получат «элитарные» возможности – а элита лишится ореола всемогущества. И это будет первый шаг в Открытый Мир, где будущее и люди – станут достойны друг друга.

Система Открытого Мира.
Из-за чего сражаться – отнимая жизни других, если в один прекрасный день ресурсов и производственных мощностей станет достаточно для всех?
О чем до хрипоты спорить людям (бросаясь друг на друга с топорами), – если все и каждый будут довольны тем, как наконец-то реализуют социально-экономическую модель в обществе?

– Сторонники левых идей получат «торренты для реальной жизни», и каждый человек станет производителем и потребителем одновременно. Без эксплуатации человека человеком; без классов (и принудительной «деклассации»); без денег в привычной роли – как синонима власти и товара особого рода (а не средства учета); без унижения и пресмыкания на чужих социальных лифтах; без насилия над собой и своими идеалами.
Будет реализован фундаментальный принцип: – «От каждого по способности, каждому по потребности». Любой человек сможет заняться делом по душе – делясь успехами с окружающим миром. Это ведь именно то, что можно назвать коммунизмом.

– Каждый народ сможет развиваться по своей уникальной стратегии, без накладываемых ограничений и сложностей, без агрессии и перетягивания одеял, без поиска виноватых среди иноземцев и инородцев. Понимая чужих и друг друга так, словно знаешь все языки мира.
Народы и нации обретут мощную силу: – силу генераторов культуры, – развивая и обогащая планету и единую информационную Сеть. Разве будут противиться этому националисты?

– Каждый человек станет в высшей степени свободен в экономическом плане, а его личная собственность – будет только его (так как общество и так достаточно обеспечено всем необходимым).
Вы сможете вести товарообмен без границ и таможен. Деньги станут электронными, а коррупция уйдет в прошлое как анахронизм. Будут ли против этого либералы и сторонники свободного рынка?

– Люди будут самостоятельно вырабатывать «правила игры», переписывая общественный договор так, – чтобы развиваться максимально быстро и эффективно.
Вместо набивших оскомину «лидеров», – будет услышан голос каждого человека. Выборы и референдумы (разного уровня) станут честными и открытыми, – за счет мощных систем криптозащиты, оберегающей ваш голос от подделки. Каждого избранника можно будет отозвать, поощрить или же наказать.
Останется ли повод для недовольства у демократов и сторонников самоуправления (например, анархистов)?

– Если вы сторонник глобализации, то сможете почувствовать себя гражданином мира. Сделав открытую надстройку над исторически сложившимися странами. Основав «Земной Альянс» – как сообщество раЗ ных стран, раВ ных внутри себя. Это будет планета открытых границ, где все страны живут в мире (сохраняя и развивая своё культурное наследие), и действуют сообща в общих наднациональных проектах (исследованиях, медицине, освоении космоса), но не сливаются в одно гипертрофированное государство.

– Если же наоборот, вы хотите пожить в моно-этносе, – пожалуйста, живите и развивайте свои родные края. Никто не призывает к принудительному «компоту» из разных культур.

...
О чём можно спорить в таких условиях? Простым и естественным способом будет реализован общий позитивный сценарий. Все получат желаемое, и никто не уйдет обиженным.

Власть либо «берут», – жёстко концентрируя её вокруг себя, – калёным железом вбивая свою волю в несовершенную реальность (надеясь, что не допустил ошибку).
Либо, – власть раздают всем гражданам через механизмы НТР. Делая людей сопричастными к правильному (с их же точки зрения) будущему.

Зачем это самим людям?
Затем, чтобы перейти в новую эпоху развития. Был кассиром – стал инженером. Был дворником – стал художником. Был сейлз-менеджером – стал изобретателем. Был нищим – стал богаче. Был смертен – обрёл бессмертие. Пахал «на дядю» с утра до зари – занимаешься любимым делом. Ползал по земле не смея поднять глаза в небо – покоряешь в космос.
Каждый сможет реализовать свою заветную мечту, которая иначе была бы невозможна. И что ещё очень важно, – плоды своих трудов вы сможете увидеть ещё при своей собственной жизни.

Ресурсы и технологии.
Каждый день нас окружает масса чисто физических ограничений. Людям приходится выискивать некий оптимум и соблюдать баланс интересов. Иногда вставая «враскаряку» между своими желаниями и чужими возможностями, в мире сверх-ограниченных ресурсов.

1. Для достойной жизни миллиардов людей, для создания современных производств, передвижения по планете (и вне её), Человечеству потребуется сверхмощный источник энергии. Тогда станет возможным дёшево осуществить любые чрезмерно энерго-затратные (хотя и полезные) проекты.
Что это будет? Термоядерный синтез, эффективное использование солнечной энергии, какие-то иные перспективные технологии? – поживём – увидим.

2. Пройдут годы, прежде чем каждый человек станет производителем и потребителем одновременно. Появится универсальный фабрикатор, и с этого момента каждый из вас сможет быстро и просто «распечатывать» (т.е. воспроизводить из уже созданных 3D-моделей) любые нужные вам вещи.
Какая разница между «десяткой» и новеньким «Porsche» – если конечная стоимость в ресурсах окажется практически идентична? Каждый получит желаемое, а «престиж» и «понты» – уйдут в прошлое. Вместо этого появится новое явление:

3. Социальная репутация.
Если станет невозможным выделиться перед соседом, то куда денется здоровый дух соперничества и соревновательности? Как «показать себя»?
Себя можно будет проявить через социально полезные действия. Сделать открытие или рационализировать имеющееся, совершить подвиг или облегчить жизнь людей, отремонтировать школу или улучшить массовые аэромобили, победить на соревнованиях или закончить ВУЗ с отличием, и так далее.
За это, общество будет начислять вам «социальные баллы» и присуждать «ачивки» («медали» в электронном виде). Наглядно отображая насколько вы «полезны» в глазах окружающих. С развитием технологии «дополненной реальности», ваш социальный капитал и заслуги будут сразу видны вашим друзьям, коллегам и просто людям на улице.

Баллы – это не деньги (к тому же, людей из общества после фазового перехода, уже давно не удивить чьим-то материальным достатком). Передавать их другим людям – не получится чисто технически («лог» ваших достижений привязан к вашему электронному паспорту).
Присуждают социальный капитал как заслуженные профессионалы в своей сфере (это касается науки и техники), так и само общество – автоматически поощряя социально полезные, проверяемые действия. Окончил школу на все 5-ки – получи +n баллов к своему «социальному капиталу». Победил на Олимпиаде? Повысил КПД электростанции? Аналогично, получаете +m баллов.

Появится универсальная таблица, где будет открыто показываться, чему отдаёт приоритет общество. Это будет сделано в виде набора макро-целей, нацеленность на достижение которых будет давать «зелёный свет» и дополнительно поощряться.
Например: – освоение космоса, биологическое бессмертие, победа над голодом и болезнями, создание новых материалов, творчество и т.п..

Смысл социального капитала в том, что он даёт вам приоритет на совершение тех или иных действий, требующих либо огромных ресурсов, либо коллективных трудозатрат других людей.
Например: – вы сможете раньше других начать исследования (задействовав ресурсы передовой лаборатории), полететь в космос, погрузиться в глубины океана и т.п.. (А так как социальный капитал служит формой поощрения со стороны общества (и государства), на его «обеспечение» выделяют ресурсы, использование которых происходит в натуральной форме (если вы выбрали лабораторию – ей передают средства для обеспечения вашего эксперимента).

Само общество, в чём-то будет похоже на Сеть (здесь ведь тоже есть «буйки» за которые лучше не заплывать, – а в остальном, каждый делает то, что ему нравится). Правила и ограничения – открыто проговариваются и обсуждаются.

4. Произойдет унификация вещей.
Например, вместо домашнего ПК, ноутбука, планшета, телефона, навигатора и других гаджетов – у каждого появится что-то вроде универсального коммуникатора, с изменяемым размером экрана и полным функционалом остальных устройств. Делать универсальный тип массового товара – намного экономичнее по ресурсами.
Одежда, наверняка, сможет менять расцветку под настроение, сохраняя показатели прочности и аккуратности, – и вы тут же разгрузите шкафы.

И так пойдет по всем направлениям. Вместо автопарка в гараже – вы купите один, модульный флайер на автопилоте, и сможете обновлять его прошивку и отдельные модули. Аппарат устарел окончательно? – сдаёте на переработку.
Человеку нужно не так уж много физических вещей, для комфортной и современной жизни. Куда важнее твёрдо знать, что если вам что-то потребуется, то, – вуаля – и всё окажется под рукой.

5. Массу ресурсов можно будет высвободить повторно переработав и использовав уже однажды созданное и устаревшее/пришедшее в негодность. Это будет рациональное (т.е. рачительно относящееся к ресурсам) общество (возможно, использующее ИИ для оптимизации системы хозяйствования).
И это произойдёт не от того, что у нас сложится общество аскетов, – а наоборот, от того, что необходимые конечные товары станет получить так легко, что вы перестанете заниматься складированием всего, что «авось пригодится».

6. Знания как ресурс особого типа.
Давным-давно люди пользовались медными орудиями труда, – а потом им стало доступным для обработки железо. Ещё вчера мы использовали керосин и дрова, – а затем укротили энергию атома.
Разве что-то изменилось на планете? Разве этих ресурсов не было на ней с самого начала?

Изменился уровень технологий и знаний. Знания – расширяют ресурсную базу Человечества. То, что ещё вчера нельзя было использовать – становится востребованным. То, что устарело – получает вторую жизнь и прирост КПД. То, что казалось невероятно затратным – становится «бросовым» товаром.

В Открытом Мире, каждый человек сможет непрерывно обучаться новому, двигаясь вперёд, и становясь (в каждый момент времени) «вершинкой» в своем возможном развитии (превосходя самого себя в будущем).

7. Что-то ещё.

...
Новые возможности дают все шансы раскрыться и талантливым одиночкам, и коллективам исследователей, и тем, кто действует сообща – находясь за тысячи километров друг от друга.
Приближается золотой век для изобретателей и мечтателей.

Переход вещества из одного состояния в другое - очень частое явление в природе. Кипение воды в чайнике, замерзание рек зимой, плавление металла, сжижение газов, размагничивание ферритов при нагревании и т.д. относятся именно к таким явлениям, называемым фазовыми переходами. Обнаруживают фазовые переходы по резкому изменению свойств и особенностям (аномалиям) характеристик вещества в момент фазового перехода: по выделению или поглощению скрытой теплоты; скачку объема или скачку теплоемкости и коэффициента теплового расширения; изменению электросопротивления; возникновению магнитных, сегнетоэлектрических, пьезомагнитных свойств, изменению картины рентгеновской дифракции и т.д. Какая из фаз вещества устойчива при тех или иных условиях, определяется одним из термодинамических потенциалов. При заданных в термостате температуре и объеме это свободная энергия Гельмгольца , при заданных температуре и давлении - потенциал Гиббса .

Напомню, что потенциал Гельмгольца F (свободная энергия)- это разность между внутренней энергией вещества Е и его энтропией S, умноженной на абсолютную температуру Т:

И энергия, и энтропия в (1) являются функциями внешних условий (давления p и температуры Т), а фаза, которая реализуется при определенных внешних условиях, обладает наименьшим из всех возможных фаз потенциалом Гиббса. В рамках термодинамики это принцип. При изменении внешних условий может оказаться, что свободная энергия другой фазы стала меньше. Изменение внешних условий всегда происходит непрерывно, и поэтому его можно описать некоторой зависимостью объема системы от температуры . Учитывая это согласование в значениях Т и V, можно сказать, что смена стабильности фаз и переход вещества из одной фазы в другую происходят при определенной температуре на термодинамическом пути , а значения для обеих фаз являются функциями температуры вблизи этой точки Рассмотрим более подробно, как происходит изменение знака . Вблизи зависимость для одной и для другой фазы можно аппроксимировать некоторыми полиномами, которые зависят от :

Разность между свободными энергиями двух фаз принимает вид

Пока разность достаточно мала, можно ограничиться только первым слагаемым и утверждать, что если , то при низких температурах стабильна фаза I, при высоких температурах - фаза II. В самой точке перехода первая производная свободной энергии по температуре естественно испытывает скачок: при , а при . Как мы знаем, есть, по сути, энтропия вещенста. Следовательно, при фазовом переходе энтропия испытывает скачок, определяя скрытую теплоту перехода , так как . Описанные переходы называются переходами первого рода, и они широко известны, изучаются в школе. Все мы знаем о скрытой теплоте парообразования или плавления. Это и есть .

Описывая переход в рамках приведенных термодинамических соображений, мы не рассмотрели только одну, с первого взгляда маловероятную, возможность: может случиться, что при равны не только свободные энергии, но и их производные по температуре, то есть . Из (2) следует, что такая температура, по крайней мере с точки зрения равновесных свойств вещества, не должна быть выделенной. Действительно, при и в первом приближении по отношению к имеем

и, по крайней мере в этой точке, никакого фазового перехода произойти не должно: тот потенциал Гиббса, который был меньше при , будет меньше и при .

В природе, конечно же, не все так однозначно. Иногда есть глубокие причины для того, чтобы при одновременно выполнялись два равенства и . Более того, фаза I становится абсолютно неустойчивой относительно сколь угодно малых флуктуаций внутренних степеней свободы при , а фаза II - при . В этом случае и происходят те переходы, которые по известной классификации Эренфеста получили название переходов второго рода. Название это связано с тем, что при переходах второго рода происходит скачок только второй производной потенциала Гиббса по температуре. Как мы знаем, вторая производная свободной энергии по температуре определяет теплоемкость вещества

Таким образом, при переходах второго рода должен наблюдаться скачок теплоемкости вещества, но не должно быть скрытой теплоты. Поскольку при фаза II абсолютно неустойчива относительно малых флуктуаций и то же относится к фазе I при , то при переходах второго рода не должны наблюдаться ни перегрев, ни переохлаждение, то есть отсутствует температурный гистерезис точки фазового перехода. Есть еще и другие замечательные признаки, характеризующие эти переходы

В чем же глубинные причины термодинамически необходимых условий перехода второго рода? Дело в том, что и при и при существует одно и то же вещество. Взаимодействия между элементами, его составляющими, не изменяются скачком, это и есть физическая природа того, что термодинамические потенциалы для обеих фаз не могут быть совсем независимыми. Как возникает связь между и , и и т.д., можно проследить на простых моделях фазовых переходов, вычисляя термодинамические потенциалы при разных внешних условиях методами статистической механики. Наиболее просто вычислять свободную энергию .

ВИКИПЕДИЯ

Фа́зовый перехо́д (фазовое превращение) в термодинамике - переход вещества из однойтермодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. С точки зрения движения системы по фазовой диаграмме при изменении её интенсивных параметров (температуры, давления и т. п.), фазовый переход происходит, когда система пересекает линию, разделяющую две фазы. Поскольку разные термодинамические фазы описываются различными уравнениями состояния, всегда можно найти величину, которая скачкообразно меняется при фазовом переходе.

Поскольку разделение на термодинамические фазы - более мелкая классификация состояний, чем разделение по агрегатным состояниям вещества, то далеко не каждый фазовый переход сопровождается сменой агрегатного состояния. Однако любая смена агрегатного состояния есть фазовый переход.

Наиболее часто рассматриваются фазовые переходы при изменении температуры, но при постоянном давлении (как правило равном 1 атмосфере). Именно поэтому часто употребляют термины «точка» (а не линия) фазового перехода, температура плавления и т. д. Разумеется, фазовый переход может происходить и при изменении давления, и при постоянных температуре и давлении, но и при изменении концентрации компонентов (например, появление кристалликов соли в растворе, который достиг насыщения).

При фазовом переходе первого рода скачкообразно изменяются самые главные, первичные экстенсивные параметры:удельный объём, количество запасённой внутренней энергии, концентрация компонентов и т. п. Подчеркнём: имеется в виду скачкообразное изменение этих величин при изменении температуры, давления и т. п., а не скачкообразное изменение во времени (насчёт последнего см. ниже раздел Динамика фазовых переходов ).

Наиболее распространённые примеры фазовых переходов первого рода :

· плавление и кристаллизация

· испарение и конденсация

· сублимация и десублимация

При фазовом переходе второго рода плотность и внутренняя энергия не меняются, так что невооружённым глазом такой фазовый переход может быть незаметен. Скачок же испытывают их производные по температуре и давлению: теплоёмкость, коэффициент теплового расширения, различные восприимчивости и т. д.

Фазовые переходы второго рода происходят в тех случаях, когда меняется симметрия строения вещества (симметрия может полностью исчезнуть или понизиться). Описание фазового перехода второго рода как следствие изменения симметрии даётся теорией Ландау. В настоящее время принято говорить не об изменении симметрии, но о появлении в точке перехода параметра порядка , равного нулю в менее упорядоченной фазе и изменяющегося от нуля (в точке перехода) до ненулевых значений в более упорядоченной фазе.

Наиболее распространённые примеры фазовых переходов второго рода:

· прохождение системы через критическую точку

· переход парамагнетик-ферромагнетик или парамагнетик-антиферромагнетик (параметр порядка - намагниченность)

· переход металлов и сплавов в состояние сверхпроводимости (параметр порядка - плотность сверхпроводящего конденсата)

· переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние (п.п. - плотность сверхтекучей компоненты)

· переход аморфных материалов в стеклообразное состояние

Современная физика исследует также системы, обладающие фазовыми переходами третьего или более высокого рода.

В последнее время широкое распространение получило понятие квантовый фазовый переход, т.е. фазовый переход, управляемый не классическими тепловыми флуктуациями, а квантовыми, которые существуют даже при абсолютном нуле температур, где классический фазовый переход не может реализоваться вследствие теоремы Нернста.

Важным разделом термодинамики является изучение превращений между различными фазами вещества, поскольку эти процессы происходят на практике и имеют принципиальное значение для прогнозирования поведения системы в тех или иных условиях. Эти превращения получили название фазовых переходов, которым и посвящается статья.

Понятие фазы и компонента системы

Прежде чем перейти к рассмотрению фазовых переходов в физике, следует определить понятие самой фазы. Как известно из курса общей физики, существует три состояния вещества: газообразное, твердое и жидкое. В специальном же разделе науки - в термодинамике - законы формулируются для фаз вещества, а не для их агрегатных состояний. Под фазой понимают некоторый объем материи, который обладает гомогенной структурой, характеризуется конкретными физико-химическими свойствами и отделен от остальной материи границами, которые называются межфазными.

Таким образом, понятие "фаза" несет гораздо больше практически значимой информации о свойствах материи, чем ее агрегатное состояние. Например, твердое состояние такого металла, как железо, может находиться в виде следующих фаз: низкотемпературная магнитная объемно-центрированная кубическая (ОЦк), низкотемпературная немагнитная ОЦК, гранецентрированная кубическая (ГЦК) и высокотемпературная немагнитная ОЦК.

Помимо понятия "фаза", в законах термодинамики также используют термин "компоненты", под которым понимают количество химических элементов, которые составляют конкретную систему. Это значит, что фаза может быть как монокомпонентной (1 химический элемент), так и многокомпонентной (несколько химических элементов).

Теорема Гиббса и равновесие между фазами системы

Для понимания фазовых переходов необходимо знать условия равновесия между ними. Эти условия можно математически получить, если решить систему уравнений Гиббса для каждой из них, полагая, что состояние равновесия достигается тогда, когда суммарная энергия Гиббса изолированной от внешнего влияния системы перестает изменяться.

В итоге решения указанной системы уравнений получаются условия для существования равновесия между несколькими фазами: изолированная система перестанет эволюционировать только тогда, когда давления, химические потенциалы каждого компонента и температуры во всех фазах будут равны друг другу.

Правило фаз Гиббса для равновесия

Система, состоящая из нескольких фаз и компонентов, может находиться в равновесии не только при определенных условиях, например, при конкретном значении температуры и давления. Некоторые переменные в теореме Гиббса для равновесия можно изменять, сохраняя и число фаз, и число компонентов, находящихся в этом равновесии. Количество переменных, которые можно изменять, не нарушая равновесия в системе, называется числом свобод этой системы.

Число свобод l системы, состоящей из f фаз и k компонентов, определяется однозначно из правила фаз Гиббса. Это правило математически записывается так: l + f = k + 2. Как работать с этим правилом? Очень просто. Например, известно, что система состоит из f=3 равновесных фаз. Какое минимальное количество компонентов может содержать такая система? Ответить на вопрос можно, рассуждая следующим образом: в случае равновесия самые жесткие условия существуют тогда, когда оно реализуется только при определенных показателях, то есть изменение любого термодинамического параметра повлечет нарушения равновесия. Это означает, что число свобод l=0. Подставляя известные значения l и f, получаем k=1, то есть система, в которой в равновесии находятся три фазы, может состоять из одного компонента. Ярким примером является тройная точка воды, когда лед, жидкая вода и пар существуют в равновесии при конкретных значениях температуры и давления.

Классификация фазовых превращений

Если начинать изменять в находящейся в равновесии системе некоторые то можно наблюдать, как одна фаза будет исчезать, а другая появляться. Простым примером этого процесса является таяние льда при его нагреве.

Учитывая, что уравнение Гиббса зависит только от двух переменных (давление и температура), а фазовый переход предполагает изменение этих переменных, тогда математически превращение между фазами может быть описано путем дифференцирования энергии Гиббса по ее переменным. Именно такой подход и использовал австрийский физик Пауль Эренфест в 1933 году, когда составлял классификацию всех известных термодинамических процессов, идущих с изменением фазового равновесия.

Из основ термодинамики следует, что первая производная энергии Гиббса по температуре равна изменению энтропии системы. Производная энергии Гиббса по давлению равна изменению объема. Если при изменении фаз в системе энтропия или объем терпят разрыв, то есть меняются резко, тогда говорят о фазовом переходе первого рода.

Далее, вторые производные энергии Гиббса по температуре и давлению - это теплоемкость и коэффициент объемного расширения соответственно. Если превращение между фазами сопровождается разрывом в значениях указанных физических величин, тогда говорят о фазовом переходе второго рода.

Примеры превращений между фазами

Существует огромное количество различных переходов в природе. В рамках указанной классификации яркими примерами переходов первого рода являются процессы плавления металлов или конденсации водяного пара из воздуха, когда происходит скачок объема в системе.

Если говорить о переходах второго рода, то яркими примерами являются трансформация железа из магнитного в парамагнитное состояние при температуре 768 ºC или превращение металлического проводника в сверхпроводящее состояние при температурах, близких к абсолютному нулю.

Уравнения, которые описывают переходы первого рода

На практике часто бывает необходимо знать, как изменяется температура, давление и поглощаемая (выделяемая) энергия в системе, когда в ней происходят фазовые превращения. Для этой цели используются два важных уравнения. Они получены исходя из знаний основ термодинамики:

1. Формула Клапейрона, которая устанавливает связь между давлением и температурой во время превращений между разными фазами.
2. Формула Клаузиуса, которая связывает поглощаемую (выделяемую) энергию и температуру системы в ходе превращения.

Польза обоих уравнений состоит не только в получении количественных зависимостей физических величин, но и в определении знака наклона кривых равновесия на фазовых диаграммах.

Уравнение для описания переходов второго рода

Фазовые переходы 1 и 2 рода описываются разными уравнениями, поскольку применение и Клаузиуса для переходов второго рода приводит к математической неопределенности.

Для описания последних используются уравнения Эренфеста, которые устанавливают связь между изменениями давления и температуры через знание изменения теплоемкости и коэффициента объемного расширения в ходе процесса превращения. Применяются уравнения Эренфеста для описания переходов проводник - суперпроводник в отсутствии магнитного поля.

Важность фазовых диаграмм

Фазовые диаграммы представляют собой графическое изображение областей, в которых существуют в равновесии соответствующие фазы. Эти области разделены линиями равновесия между фазами. Часто используются фазовые диаграммы на осях P-T (давление-температура), T-V (температура-объем) и P-V (давление-объем).

Важность фазовых диаграмм заключается в том, что они позволяют предсказать, в какой фазе будет находиться система при изменении внешних условий соответствующим образом. Эта информация используется при термической обработке различных материалов с целью получения структуры с заданными свойствами.