фазовое равновесие

ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ -одновременное существование термодинамически равновесных фаз в многофазной системе: жидкости со своим насыщенным паром, воды и льда при темп-ре плавления, двух несмешивающихся жидкостей (напр., смесь воды с триэтиламином), отличающихся концентрациями. В равновесии могут находиться (при отсутствии внеш. магн. поля) две фазы ферромагнетика с одинаковой осью лёгкого намагничивания, но с разл. направлением намагниченности, нормальная и сверхпро-водящая фазы металла во внеш. магн. поле и т. д.

В условиях термодинамического равновесия химические потенциалы каждого компонента в различных фазах системы одинаковы. Отсюда следует Гиббса правило фаз: в ве-щедтве, состоящем из k компонентов, одновременно может существовать не более k + 2 равновесных фаз. Число термодинамических степеней свободы, то есть физических параметров системы, которые можно изменять, не нарушая условий фазового равновесия, равно k + 2 - j, где j - число фаз, находящихся в равновесии. Например, три фазы двухкомпонентной системы могут находиться в равновесии при разных температурах, но давление и концентрация компонентов полностью определяются заданной температурой.

Изменение темп-ры фазового перехода (кипения, плавления и др.) при бесконечно малом изменении давления определяется Клапейрона-Клаузиуса уравнением. Трафики, изображающие зависимость одних термодинамич. переменных от других в условиях Ф. р., наз. л и н и я м и (п о в е р х н о с т я м и) р а в н о в е с и я, а их совокупность - диаграммой состояния. Линия Ф. р. может либо пересечься с др. линией равновесия (тройная точка), либо закончиться критической точкой.

В твёрдых телах вследствие медленного протекания процессов диффузии, приводящих к термодинамич. равновесию, возникают неравновесные фазы, к-рые могут существовать наряду с равновесными. В этом случае правило фаз может не выполняться. Правило фаз не выполняется и в критич. точке, где фазы не отличаются друг от друга.

В массивных образцах в отсутствие дальнодействующих сил взаимодействия между частицами число границ между равновесными фазами минимально. Напр., в случае двухфазного равновесия имеется одна поверхность раздела фаз. Если же в одной из фаз существует дальне действующее поле (электрическое, магнитное), выходящее из вещества, то энергетически более выгодны равновесные состояния с большим числом периодически расположенных фазовых границ (ферромагн. и сегнетоэлектрич. домены, промежуточное состояние сверхпроводников) и с таким расположением фаз, при к-ром поле не выходит за пределы тела. Форма границ раздела фаз определяется условием минимальности значения поверхностной энергии. Так, в двухкомпонентной смеси при условии равенства плотностей фаз граница раздела имеет сферич. форму. Огранка кристаллов определяется плоскостями, поверхностная энергия к-рых минимальна.

Лит.: Френкель Я. И., Статистическая физика, М.- Л., 1948; Ландау Л. Д., Ахиезер А. И., Лифшиц Е. М., Курс общей физики. Механика и молекулярная физика, 2 изд., М., 1969.

В. Л. Покровский.

   <<      Предметный указатель      >>