Гелий фазовый переход второго рода

При фазовых переходах второго рода непрерывно изменяются и первые производные от энергии Гиббса по температуре и давлению, т. е. энтропия и объем. Для фазового перехода второго рода невозможно существование метастабильных состояний, и каждая фаза может существовать только в определенной температурной области. Пр)имерами фазовых переходов второго рода являются переходы жидкого гелия в сверхтекучее состояние, железа из ферромагнитного в парамагнитное состояние, металла из обычного в сверхпроводящее состояние, переход порядок — беспорядок в сплавах типа -латуни и др. [c.326]

Фазовые превращения второго рода происходят в кристаллах при переходе от одной степени симметрии в другую, при превращении ферромагнитных веществ (например, железа) в парамагнитное состояние, при переходе металла в сверхпроводящее состояние, при превращении гелия I в гелий П. [c.244]

Гелий — вещество, в котором решающую роль играют квантовые эффекты. При атмосферном давлении он может находиться в жидком состоянии при температуре ниже 4,22 К. Гелий является единственным в природе веществом, которое при обычных давлениях не переходит в твердое состояние вплоть до нуля Кельвина. Это свойство гелия связано с очень слабым взаимодействием атомов. В твердом состоянии гелий может находиться только под давлением. Так, для получения твердого гелия при температуре 27 К требуется давление примерно 10 Па. При температуре 2 172 К и давлении насыщенных паров 5,-10 Па в жидком гелии происходит фазовый переход второго рода, сопровождающийся резким изменением теплоемкости, теплопроводности, вязкости и других свойств. График температурной зависимости теплоемкости жидкого гелия в окрестности этой температуры напоминает греческую букву Я (рис. 6.10). Температура, равная 2,172 К, называется Х-точкой. Состояние гелия выше температуры 2,172 К называется гелием-1, ниже ее — гелием-П. [c.164]

На фазовой диаграмме рис. 59 в этой точке кривая плавления соединяется с кривой, описывающей зависимость от давления и температуры фазового перехода второго рода в жидком гелии. Этот фазовый переход второго рода будет рассмотрен далее. [c.228]

Согласно третьему закону термодинамики энтропия жидкой фазы, так же как и твердой, при абсолютном нуле температуры должна обращаться в нуль. В связи с этим приобретает большой интерес вопрос о распределении атомов в жидком гелии, особенно при наиболее низких температурах. Плотность жидкого гелия мала, под давлением насыщенных паров она составляет всего около 0,14 г/мл, что в значительной мере объясняется малой молекулярной массой гелия (заметим, что плотность жидкого водорода примерно в два раза меньше плотности жидкого гелия). Необычна зависимость плотности Не от температуры (рис. 61). Там же представлена температурная зависимость теплоемкости С вдоль линии равновесия жидкость — пар. При температуре 2,173 К и 49,80 10 Па плотность жидкого Не проходит через максимум, после чего функция р = /(Г) резко меняет свое направление, плотность быстро уменьшается. Теплоемкость тоже аномально зависит от температуры. Кривая теплоемкости похожа на греческую букву X. При 2,182 К теплоемкость является разрывной функцией. Здесь в жидком Не происходит фазовый переход второго рода. Температура этого фазового перехода ( Х-точки ) немного снижается при увеличении давления. Жидкую фазу при температурах, соответствующих Х-точкам и ниже, принято называть гелий II . Жидкая фаза при температурах, лежащих выше Х-точек, названа гелий 1 . [c.229]

Для большинства известных фазовых переходов второго рода приближение Ландау непригодно (в магнитных системах, в сверхтекучем гелии и т. д.). Например, функция отклика (в нашем случае это измеряемый коэффициент магнитного двулучепреломления С) имеет особенность не Т — а [Т — где 7 меняется от 1,25 до 1,40. Почему это усложнение отсутствует в переходе нематик — изотропная жидкость [c.70]

Установлено, что при температуре 2,18 К в жидком гелии наблюдается ряд аномальных явлений. Кривая температурной зависимости теплоемкости в этой точке имеет разрыв резко возрастая при 2,18 К, теплоемкость затем также резко уменьшается. При 2,18 К жидкий гелий имеет максимальную плотность. Линия перехода определяет два состояния гелия Не I и Не П. Этот переход называется фазовым переходом второго рода и не связан с выделением тепла. [c.16]

Спасает термодинамику от застоя и то, что в ходе исследований обнаруживаются новые, неизвестные ранее явления, которые можно изучать методами термодинамики. В качестве примера можно привести открытие сначала у гелия (1932 г.), а потом и у других систем фазовых переходов второго рода . [c.415]

Фазовый пере.ход у гелия впервые обнаружил Кеезом [3]. С термодинамической теорией фазовых переходов второго рода можно познакомиться по [4]. [c.415]

Температуры л-точки на рис. 25 (или 26) и 33 различны (соответственно 1,778°К и 2,19 К), так как на кривой плавления гелия (рис. 25 и 26) давление в /.-точке равно 30 атм, а на кривой равновесия жидкость—пар (рис. 33)—всего лишь 38—39 я м рт. ст. [25]. По [25] можно также познакомиться с термодинамикой /.-точек пли фазовых переходов второго рода. [c.411]

Кроме фазовых переходов первого рода существуют также фазовые переходы второго рода. Впервые представления о переходах второго рода высказал Эренфест, объясняя явления перехода гелия из одного состояния в другое. [c.109]

Такие превращения получили название фазовых переходов второго рода. Примерами фазовых переходов второго рода являются переход вещества в сверхпроводящее состояние, переход ферромагнетика в парамагнетик, переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние. При фазовых переходах второго рода теплота не поглощается и объем не меняется. [c.115]

Уравнение (1У.40в) по виду, но не по физическому содержанию, совпадает с уравнением кривой фазовых переходов второго рода . Действительно, для однокомпонентного вещества сопоставление уравнений для критической кривой и кривой фазовых переходов второго рода вообще не имеет смысла, так как в этом случае не существует критической кривой (критическая точка чистого вещества является изолированной точкой), но у некоторых чистых веществ (например, у гелия) наблюдается кривая фазовых переходов второго рода. [c.147]

Другой особый случай аллотропии характерен для гелия (ср. II 2 доп, llj. При его охлаждении до 2,17 °К под давлением собственного насыщенного пара (37,8 мм рт. ст.) происходит фазовый переход второго рода (XIV 1 доп. 58) и жидкий гелий из обычной своей формы (т. н. гелий I) переходит в другую модификацию (т. н. гелий П). Как видно из рис. XV-8, при повышении давления точка перехода (т. н. [c.471]

Книга открывается главой, в которой рассказана история открытия гелия, описаны его распространенность и содержание на земле, его выделение и промышленные применения. Главы II VI и VII посвящены физическим свойствам и характеристи-h нам гелия в газообразном, жидком и твердом состояниях, при-I чем описание свойств гелия сопровождается описанием методов измерения, применяемой аппаратуры, разнообразных наблюденных эффектов и т. д. Методы ожижения гелия и техника работы с жидким гелием выделены в отдельную главу— III. Подробно рассмотрены диаграмма состояния гелия (гл. IV) и фазовые переходы второго рода, наблюдающиеся в жидком ге-I (гл. V). [c.5]

Термин фазовые переходы второго рола впервые (1933) ввел П. Эренфест при рассмотрении непрерывного сверхтекучего перехода в жидком гелии. Он считал, что вторые производные от энергии Гиббса при этом переходе испытывают скачки, и получил соотнощения между ними (уравнения Эренфеста. см. 60). Термином фазовый переход второго рода (или л-переход) стали потом называть и все другие непрерывные переходы. Позже, однако, оказалось, что при сверхтекучем переходе в гелии вторые производные от энергии Гиббса не испытывают скачки, а обращаются в бесконечность. Эют переход, следовательно, является критическим, и к нему уравнения Эренфеста неприменимы. Но в литературе и сейчас сверхтекучий переход в гелии и другие непрерывные фазовые превращения называют фазовыми переходами второго рода. Чаще, однако, непрерывные переходы называют критическими переходами, что более правильно. Фазовым переходом второго рода является превращение проводника в сверхпроводник при Я=0. Критическими переходами являются критический переход жидкость—газ, переход ферромагнетика в парамагнетик, сегнетоэлектрический переход и др. [c.234]

Щении гелия I в гелий И. Фазовый переход первого рода в критической точке также характеризуется признаками, типичными для фазового превращения второго рода. [c.223]

Особое место среди простых веществ УПТА-группы занимает гелий. Во-первых, это наиболее трудно сжижаемый газ во-вторых, это единственный элемент, для которого твердое состояние достигается только при повышенном давлении (около 25 10 Па), в-третьих, в жидком состоянии гелий обладает особыми свойствами. Вплоть до температуры 2,172 К гелий — это бесцветная, прозрачная, легкая жидкость Не-1 (примерно в 10 раз легче воды). При отмеченной температуре наблюдается так называемый фазовый переход П рода (не сопровождаемый тепловым эффектом) и вплоть до сколь угодно низких температур, приближающихся к абсолютному нулю, гелий существует в виде жидкого Не-П. Эта жидкость с особыми и уникальными свойствами она практически не обладает вязкостью (сверхтекучесть), имеет колоссальную теплопроводность (в 3-10 раз больше гелия-1), а также проявляет ряд других аномальных эффектов. Эти явления связаны с тем, что при температуре 1—2 К длина волны де Бройля для атома гелия сравнима со средним межатомным расстоянием (т. е. объясняются с позиций квантовой механики). Поэтому сверхтекучий Не-П называют квантовой жидкостью. Из-за сверхтекучести гелий можно перевести в твердое состояние только под большим давлением. Существует глубокая аналогия между сверхтекучестью гелия-П и сверхпроводимостью металлов. При низких температурах свободные электроны в металлах также ведут себя как электронная квантовая жидкость . [c.391]

Фазовые превращения второго рода происходят при переходе обычных металлов с сверхпроводники, при превращении жидкого гелия из Не, в Нец (рис. 31). Тройная точка у гелия отсутствует. [c.109]

Фазовые переходы ра.зделяются на два класса. К фазовым пере.кодам первого рода относятся испарение, возгонка, плавление, полиморфные переходы и т.д. Эти переходы сопровождаются выделением или поглощением теплоты и изменением объема фазы. Фазовые переходы второго рода не обладают этими качествами. Примерами фазовых переходов второго рода могут служить такие процессы, как переход железа из ферромагнитного состояния в парамагнитное а-Ре—ь -Ре при 769 °С без изменения кристаллической структуры металла и при сохранении объема фаз (изменение энтропии в этом переходе равно нулю) переход металла в сверхпроводящее состояние переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние. [c.9]

Фазовые переходы второго рода происходят без тепловых эффектов, причем в области перехода суш ествует лишь один минимум свободной энергии. При фазовых переходах первого рода энтропия и внутренняя энергия меняются скачком вследствие затраты конечной теплоты перехода и конечного изменения удельного объема системы. В точке перехода второго рода теплоемкость меняется скачком, энтропия и внутренняя энергия — непрерывно, а удельный объем системы не испытывает скачка. Примером фазовых превраш ений второго рода могут быть процессы перехода гелия в сверхтекучее состояние и металлов в сверхпроводяш ее состояние из ферромагнитного в парамагнитное в точке Кюри. Эти превраш ения связаны с кооперативным изменением направления ориентации спинов электронов в решетке металла от хаотического до параллельного при уменьшении температуры. При этом структура системы меняется непрерывно, а симметрия — скачком, т. е. новые магнитные свойства проявляются скачком. Фазовые переходы определены строго для случая, когда число частиц в системе N —> оо. В реальных полимерах, где N — большое, но конечное число, суш ествует конечная ширина температурного перехода АТ. Конформационный переход является фазовым, если его ширина стремится к нулю АТ О при ЛГ оо. [c.177]

Все многообразие фазовых переходов классифицируется на фазовые переходы первого и второго родов. При фазовом пе- )еходе первого рода выделяется или поглощается определенное количество теплоты, изменяются объем и плотность вещества, его энтропия, теплоемкость и т, п. Фазовые переходы первого рода — плавление, испарение, возгонка, полиморфное превращение и другие — характеризуются равенством изобарных потенциалов двух сосуществующих в равновесии фаз. В отличие от фазовых переходов первого рода для фазовых переходов второго рода свойственно не только равенство изобарных потенциалов, но и равенство энтропий, объемов и плотностй фаз. К фазовым переходам второго рода относятся магнитные превращения при температуре Кюри, переход вещества в сверхпроводящее состояние, появление сверхтекучести у гелия, переход из парамагнитного состояния в ферромагнитное и др. Одно из объяснений фазовых переходов второго рода состоит ь изменении симметрии частиц системы, например, переход системы частиц с беспорядочно направленными спинами в систему частиц с преимущественной ориентацией спинов или переход нз неупорядоченного распределения атомов А и В по узлам кристаллической решетки в упорядоченное, [c.219]

Замечательной особенностью фазового перехода второго рода в жидком Не является отсутствие изменений структуры жидкости, т. е. изменений распределения атомов гелия в пространстве. Этот факт, отмеченный в ранних рентгенографических исследованиях Кеезома и других авторов, был подтвержден нейтронографическими измерениями Д. Харста и Д. Хеншоу [61]. Они изучили рассеяние медленных нейтронов (средняя дебройлевская длина волны равна 0,104 нм) жидким Не в интервале температур от 1,65 до 5,04 К, т. е. от температур, лежащих ниже Х-точки, до температур, близких к критической точке. Как известно, при заданной температуре частицы не могут быть локализованы в области пространства, имеющей размеры порядка средней длины волны де-Бройля. Средняя дебройлевская длина определяется уравнением [c.229]

Переход Не-1 в Не-П через /.-линию происходит без выделения ил поглощения теплоты, т. е. в данном случае имеет место фазовый переход второго рода. Характерной особенностью такого перехода является разрыв первой производной энтальпии по температуре. Это означает, что в некоторой области температур зависимость удельной теплоемкости гелия при постоянном давлении от температуры имеет экстремальный характер, т. е. Ср- -оо (рис. 3.2). Температуру при которой возникает акомалия, называют Я-точкой. [c.223]

При абсолютном нуле отношение р /р равно нулю. По мере повышения температуры оно растет, пока не сделается равным единице, после чего, конечно, будет оставаться постоянным. Температура, при которой р /р обращается в единицу, представляет собой точку перехода гелия II в гелий I. Таким образом, фазовый переход в жидком гелии связан с исчезновением сверхтекучей части жидкости. Это исчезновение происходит постепенйо, т. е. рп/р обращается в единицу непрерывным образом, без скачка. Поэтому переход является фазовым переходом второго рода (не сопровождается выделением или поглощением скрытой теплоты). Наличие же скачка теплоемкости является, как известно, непосредственным термодинамическим следствием фазового перехода вто poro рода. [c.400]

Прн температуре 2,172 К (так называемая Л-точка) в жидком Не, находящемся под давлением насыщенных паров (5039,6 Па), происходит фазовый переход второго рода [239]. Гелий выше этой температуры называется гелием-1, ниже ее — гелием-П, или сверхтекучим гелием. Температура перехода с ростом давления перемещается в сторону более низких температур. На границе с кристаллом Т = = 1,7633 К и р=2,974 МПа [25]. В Я-точ-ке теплоемкость жидкого гелия меняется скачком (см. рис. 4.45), однако без скрытой теплоты перехода. В Я-точке гелий имеет максимальную плотность (см. табл. 4.13). Твердый гелий существует в трех кристаллических модификациях, определяемых температурой и давлением а-фаза — объемноцентрированная кубиче- ская решетка, р-фазе, — гексагональная упаковка, -фаза — гранецентрированная кубическая решетка. Последняя фаза су-.ществует только при высоких давлениях (более ПО МПа) [25, 228]. [c.187]

Основой термодинамической классификации переходов является понятие о фазе. Одновременно с фазовым переходом может происходить и изменение агрегатного состояния вещества (плавление, испарение). Эта связь, очевидно, не является обязательной. Известные переходы второго рода и многие переходы первого рода происходят в пределах одного и того же агрегатного состояния — твердого (исключением является переход в жидком гелии). Однако возможна и обратная ситуация — изменение агрегатного состояния без фазового перехода. Известным примером является превращение жидкости в стеклообразное состояние (переход из жидкого в твердое агрегатное состояние в пределах одной и той же фазы — жидкой). Характер изменения термодннамиче- [c.90]

При ФП второго рода плотность вещества, энтропия и термодинамические потенциалы не испьггывают скачкообразных изменений, а производные от теплоты, объема - теплоемкость, сжимаемость, коэффициент термического расширения фаз, наоборот меняются скачком. Примеры переход гелия в сверхтекучее состояние, железа из ферромагнитного состояние в парамагнитное в точке Кюри, соответственно теплота ФП второго рода равна нулю. Зависимость температуры равновесного перехода от давления определяется уравнением Эренфеста. Фазовыми переходами третьего и более высоких родов - такие переходы при которых не изменяется теплоемкость. Теория таких переходов разработана П. Кумаром и сопгр [c.20]