Фазовые переходы первого и второго рода

Фазовые превращения, сопровождающиеся скачкообразным изменением энергии системы, называются фазовыми переходами первого рода. В рассмотренных нами фазовых переходах «жидкость-пар», «твердое тело-жидкость» и «твердое тело - пар» система либо выделяет, либо поглощает энергию в виде скрытой теплоты перехода, следовательно, эти превращения являются фазовыми переходами первого рода.

Для фазовых переходов первого рода характерно скачкообразное изменение свойств вещества, например, плотности, происходящее в очень узком температурном интервале, то есть практически при определенной температуре . Температура фазового перехода зависит от давления. Некоторому значению температуры системы соответствует вполне определенное значение давления , при котором имеет место равновесие фаз. Связь между и описывается уравнением Клапейрона-Клаузиуса

, (13.24)

где - молярная теплота перехода вещества из фазы в фазу , - молярные объемы фаз.

При фазовых переходах первого рода новая фаза возникает не сразу во всем объеме системы, а образуется из «зародышей», например, из центров кристаллизации в жидкости и центров конденсации в насыщенном паре над жидкостью. Такими центрами могут являться пылинки, ионы, случайные объединения нескольких атомов. В отсутствие центров пар или жидкость могут находиться в переохлажденном состоянии. Например, очень спокойную и чистую воду можно медленно охладить до температуры без кристаллизации, и в этом состоянии вода будет находиться значительное время.

Фазовыми переходами второго рода называются такие превращения вещества, которые не сопровождаются скачкообразным изменением энергии системы. Примеры таких переходов: переход вещества из ферромагнитного состояние в неферромагнитное при температуре, называемой точкой Кюри; переход металла в сверхпроводящее состояние. При фазовых переходах второго рода превращение вещества происходит сразу во всем объеме системы, поэтому невозможны такие состояния, при которых система состоит из двух находящихся в равновесии друг с другом фаз.

Задача 13.9. Если нагревать серу при нормальном атмосферном давлении, то при температуре она испытывает фазовый переход первого рода, заключающийся в том, что кристаллическая решетка серы изменяется (из ромбической превращается в моноклинную). Удельная теплота этого перехода . Скачок удельного объема серы при фазовом превращении . Найти смещение точки фазового перехода при изменении давления на .

Ответ: .