FKM Kompass
L3

Kriitilised nähtused ja pidevad faasisiirded

Erinevalt esimest liiki faasisiirdest (keemine, sulamine) ei kaasne pideva (teist liiki) faasisiirdega varjunud soojust ega tiheduse hüpet — selle asemel kahaneb korrastusparameeter kriitilisel temperatuuril sujuvalt nullini, samal ajal kui suurused nagu erisoojus ja vastuvõtlikkus lähevad seal lõpmatuseni astmeseaduste järgi, mille astendajad on ühised terve rea muidu seosetute süsteemide jaoks.

Practise this concept

Keemine ja sulamine on esimest liiki faasisiirded: kaks faasi eksisteerib lühikest aega koos, ja vedeliku gaasiks muutmine maksab kindla varjunud soojuse hulga, ehkki temperatuur selle toimumise ajal ei muutu. Pidev faasisiire ei näe selline üldse välja. Ferromagnet, mis kaotab magnetiseerituse soojenedes läbi Curie punkti, või heelium, mis muutub jahtumisel ülivoolavaks — mõlemal juhul liigub süsteem sujuvalt ühest faasist teise, ilma varjunud soojuseta ja kahe koos eksisteeriva faasita, ainult korrastusparameeter (ferromagneti puhul magnetiseeritus) kahaneb pidevalt nullini.

Kriitilise punkti huvitavaks teeb mitte korrastusparameeter ise, vaid see, kui järsult süsteem täpselt sellel temperatuuril väikesele häirele reageerib. Erisoojus, magnetiline vastuvõtlikkus, korrelatsioonikaugus — need kõik lähevad seal lõpmatuseni ja teevad seda astmeseaduste järgi: korrastusparameeter ~ (Tc − T)^β allpool Tc-d, vastuvõtlikkus ~ |T − Tc|^−γ mõlemal pool. β, γ ja teised kriitilised astendajad on mõõdetavad arvud, mitte vabalt valitud sobivusparameetrid.

Kõige tähelepanuväärsem on universaalsus: vedelikul selle vedelik-gaas kriitilises punktis ja magnetil Curie punktis võivad olla täpselt samad kriitilised astendajad, ehkki üks käib tiheduse ja teine spinnide joondumise kohta. Astendajad määrab lõpuks ainult ruumi dimensionaalsus ja korrastusparameetri sümmeetria — kõik konkreetsete aatomite või jõudude kohta pesevad kriitilise punkti lähedal välja. Just seepärast uuritakse kriitilisi nähtusi omaette teemana, sõltumatult sellest, milline materjal parajasti üleminekus on.

Key ideas

Requires: Faasisiirded, Entroopia statistiline definitsioon

Formulas

m=(Tc−TTc)βm = \left(\frac{T_c - T}{T_c}\right)^{\beta}
SymbolNameUnit
mmkorrastusparameeter1 (mõõtühikuta)
TTtemperatuurK (kelvin)
TcTckriitiline temperatuurK (kelvin)
betabetakriitiline astendaja1 (mõõtühikuta)

Common misconceptions

  • Arvamus, et iga faasisiirdega kaasneb varjunud soojuse eraldumine või neeldumine, nagu keemisel või sulamisel — pideva faasisiirdega (näiteks ferromagneti magnetiseerituse kadumine Curie punktis) ei kaasne varjunud soojust üldse; korrastusparameeter kahaneb lihtsalt sujuvalt nullini.
  • Arvamus, et erisoojuse või vastuvõtlikkuse lõpmatuseni läinud väärtus kriitilises punktis tähendab, et süsteemi energia muutub lõpmatuks — lõpmatuseni läheb tuletis (kui järsult suurus väikesele muutusele reageerib), mitte suurus ise, mis jääb lõplikuks.
  • Arvamus, et samad kriitilised astendajad tähendavad, et kaks süsteemi (näiteks vedelik selle keemis-vedeliku kriitilise punkti lähedal ja magnet Curie punkti lähedal) peavad olema sarnasest materjalist — universaalsusklassid määrab dimensionaalsus ja sümmeetria, mitte keemia või mikroskoopiline mehhanism, ja just seepärast võivad väga erinevad süsteemid jagada samu astendajaid.

Resources

Kuulub nende TÜ ainete hulka

See mõiste on kaardistatud järgmis(t)e Tartu Ülikooli õppekava aine(te) osaliseks kattmiseks.