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二級相變

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二級相變Second order phase transition)為化學勢的二階偏微分發生突變的一類相變。相變時沒有熱效應和變,但熱膨脹係數,壓縮係數,比熱容這三個化學勢的二階偏微分量發生突變。
中文名
二級相變
外文名
second order phase transition
特    點
大多是發生在極低温度時的相變
簡    介
不伴隨熱量的吸收和釋放

二級相變簡介

二級相變Second order phase transition)為化學勢的二階偏微分發生突變的一類相變。相變時沒有熱效應和變,但熱膨脹係數,壓縮係數,比熱容這三個化學勢的二階偏微分量發生突變。
二級相變或稱為‘二階相變’或是‘連續性相變’,主要原因是,自由能(或是其他有序參數,例如磁化強度)對温度(或其他參數,例如磁場)的變化率(一次偏微分值函數)曲線,仍然保持連續,沒有突然變化。然而前述的自由能若對温度取到二次偏微分,其值與比熱(specific heat)成正比,其函數曲線有可能在特定温度值,產生髮散(divergence);換言之,舉例而言,經過特定温度值時,自由能對於温度的二次變化率,數值有突然改變時,也屬於發生相變。此處特定温度值,即為二階相變發生的温度值,稱為二階相變臨界温度 [1] 

二級相變定義

普通的相變(稱一級相變)中的兩相平衡時,兩物態(例如氣態和液態)的化學勢相等,但兩物態的偏摩爾體積和偏摩爾發生突變:
同時還有焓值H1≠H2;熱容Cp,1≠Cp,2。故在一級相變時有焓變,熵變,自由能的變化。而發生二級相變時,既沒有焓變,也沒有熵變。但物質的比熱容C,熱膨脹係數α和壓縮係數κ會發生改變:
埃倫費斯特把這種相變稱為二級相變 [1] 

二級相變實例

二級相變液氦的λ相變

氦-4的正常沸點是4.2K,減壓下沸點下降。但當其沸點降至 2.17 K (−270.98°C) 時,沸騰突然停止。測定其物理性質,壓縮係數,熱膨脹係數和比熱容發生突變,但沒有焓變和體積的變化。

二級相變超導金屬

某些金屬具有一轉變温度Tc,低於此温度時電阻突然消失。Tc與磁場有關,無加外磁場時這種轉變沒有熱效應,是二級相變。

二級相變磁性轉變點

鐵磁性物質加熱到某一温度時,磁疇被破壞,轉變為順磁性物質。這一磁性轉變點稱為居里點,此温度稱為居里温度,此轉變是二級相變。

二級相變合金的有序-無序相變

有序的合金晶胞中的原子代表不同的原子,而無序則代表混合原子。例如β-黃銅為體心立方晶胞,銅原子位於晶胞體心,鋅原子位於晶胞角頂。温度升高至某一數值TΦ時,這種規則的排列完全被破壞,兩種原子出現在體心或角頂的概率一樣,合金變為無序,此轉變也屬於二級相變。 [1] 
參考資料
  • 1.    Goldenfeld, Nigel. Lectures on Phase Transitions and The Renormalization Group. Addison Wesley. 1992. ISBN 0-201-55408-9