Mavzu: Fazaviy o’tishlar

Mavzu: Fazaviy o’tishlar
Reja:
1. Faza o’tishlar
2. Birinchi tur fazaviy o’tish
3. Ikkinchi tur faza o’tishlar
Kritik nuqta mavjudligini ilk bor Endryu (1869) C ni o‘rganganda kuzatgan. Bir qancha vaqtdan keyin Van-der Vaals o'zining mashhur tenglamasini taklif qiladi. Van-der Vaals holat tenglamasi kondensatsiya nazariyasi tarixiy roi o'ynagan. Bu tenglamaning muhim xossasi, bitta tenglama bir vaqtning o‘zida ham gaz, ham suyuq holatni tavsiflay olgaa Bizga umumiy fizika kursidan ma’lumki, bu tenglama ma’lum temperaturalar intervalida nomuvozanat sohaga ega.Bunday holdan qutilish uchun Maksvell teng yuzalar qoidasini kiritadi. Van-der-Vaals tenglamasi va Maksvell teng yuzalar qoidasi birgalikda kondensatsiya hodisasini tushuntirib bergan.0‘sha vaqtda moddaning bir agrégat holatdan ikkinchisiga o'tishi faza o‘tishi degan nom olgan. Shunday qilib, fazalar o'tishinim; nazariyasiga asos solingan. Turli sistem aiar ustida olib borilgan tadqiqotlar faza o‘tish gaz holatdan suyuqlik holatiga o‘tish bilan chegaralangan, juda ko‘p qirrali ekanligi namoyon bo‘ldi. Muvozanat holatdagi geterogen sistem ada tashqi ta ’sirlarning o'zgarishida modda bir fazadan boshqa fazaga o‘tishi mumkin. Masalan: suyuq holatdan gaz holatga, bir kristall modifikatsiyadan boshqasiga, normal o‘tkazgich holatdan o‘ta o'tkazgich holatga, ferromagnit holatdan param agnit holatga va h.k. Bu faza o‘tishlarning qisqacha ro'yxati bo'lib, uni yana davom ettirish mumkin. Faza o'tishlar nazariyasi hozirgi kunda juda rivojlangan bo'lib, ushbu darslik doirasida barcha nazariyalarni qamrab olish mumkin emas. Faza o‘tishlar nazariyasini avval termodinamik nuqtayi nazardan ko'rib chiqamiz. Faza o'tishlar har doim ba’zi bir termodinamik kattaliklar uzluksizligining buzilishi bilan bog‘langandir. O'tish nuqtasida Gibbs termodinamik potensialining birinchi yoki ikkinchi tartibli hosilalarining uzilishga duchor bo‘lishiga qarab, faza o'tishlar birinchi va ikkinchi xil faza o'tishlarga bo'linadi. Agar Gibbs termodinamik potensialidan olingan birinchi tartibli hosila uzilishga duchor bo'lsa, ikkinchi tartibli hosila esa uzluksiz bo'lsa, bunday faza o'tish birinchi xil faza o'tishlar deb yuritiladi. Agar aksincha bo'lsa, u holda ikkinchi xil faza o'tishlar deb yuritiladi.
Birinchi xil faza o'tishlarda solishtirm a hajm, solishtirma entropiya o'tish nuqtasida uzilishga duchor bo'ladi. Birinchi xil faza o'tishlarda yashirin issiqlikning yutilishi yoki ajralishi kuzatiladi. Bunday o'tishga erish, bug'lanish, sublimatsiya, bir kristall holatdan ikkinchi kristall holatga o'tish kiradi.
Birinchi xil faza o'tishlar tenglamasi Klapeyron-Klauzius tomonidan berilgan. Bu tenglamani olishda fazalar muvozanatida ikkala fazadagi kimyoviy potensiallarning tenglik sharti (T,p) = n (T ,p) dan foydalanamiz. Buning uchun ushbu tenglikning har
ikkala tomonidan to’liq differensial olamiz
dµ=-sT+vdp
dµ=-sdT+vdp
dµ (t,p )=dµ( T,p) (1)
Mos differensiallarni solishtirib quyidagi ifodani olamiz:
dp/dT=(s-s)/(υ-υ) (2)
Bu yerda s va v-bitta zarraga to’g’ri kelgan entropiya va hajm (2) muvozanat egriligining differensial tenglamsi bo’lib , u Klayperon- Klauziuz tenglamasi deyiladi. Ko’pincha bu tenglama
quydagi ko’rinishda ham yoziladi.

Yoki

Bu yerda λ yoki L= λN – o’tish issiqligi yoki yashirin issiqlik deb ΔV=V-V yuritiladi,ravishda molyar solishtirma hajm yoki molyar hajm o’zgarishi (3)va (4) tenglamlarning
yoki
«Ikkinchi xil faza o‘tishlar» tushunchasi (1933- y.) Erenfest tomonidan kiritilgan. Erenfest ikkinchi xil faza o'tishlami suyuq He- I ni suyuq He - II ga (o‘ta oquvchanlik holati) o'tishida
kuzatadi. Tajriba natijalari shuni ko'rsatadiki qattiq geliy T = 4,22 K va normal atmosfera bosimida suyuq holatga o‘tadi (geliy-II) va 0 yaqinida suyuq holatda qoladi. Suyuq geliy-I T = 2,19 K da suyuq geliy-II ga o‘tadi, ya’ni geliy-II da ikkinchi tur faza o'tish yuz beradi.



Suyuq geiiy-II T -> 0 K gacha
suyuq holatda qoluvchi va kvant xossaga ega bo'lgan
makroskopik sistemadir. Boshqa hamma sistemalar kvant
effektlar namoyon bo'lgunga qadar tem peraturalarda
qattiq holatga o‘tib bo'ladi. Suyuq geliy-II va geliy-I
o‘zining fizik xususiyatlari bilan birbiridan farq qiladi. 4.4-
rasmdan ko'rinib turibdiki, 30 atm dan katta bosimda,
yuqori temperaturali modifikatsiyadagi suyuq geliy-I tem
peratura pasayishi bilan qattiq holatga o'tadi. Ammo 30
atm bosimdan kichik bosimda T —> 0 K temperaturada ham suyuqligicha qoladi. Lekin, T = 2,19 K tem
peraturada suyuq geliy-I boshqa modifikatsiya, suyuq geliy-II ga o'tadi. Bunda o‘tish yashirin issiqligi nolga teng bo'ladi. Bunday faza o'tish ikkinchi xil faza o‘tish deyiladi.
Shuning uchun ham ikkinchi xil faza o‘tishlar Erenfest tenglamalari bilan ifodalanadi. Erenfest tenglamalari birinchi xil faza o'tishlarni ifodalovchi Klayperon-Klauzius tenglamasi Lapital qoidasi bo‘yicha o'zgartirish natijasida quyidagi ko‘rinishda olinadi:

ΔC= -T( )² Δ( )₂
Δ( )_p= - Δ( )_T
Agar sistemaga umumlashgan kuch f₁ ta’sir etayotgan bo‘lsa, u holda Erenfest tenglamalari urnumiy
ko'rinishni oladi:

Tenglamalar solishtirma kattaliklar uchun yozilgan.
Ikkinchi tur fazaviy o‘tish sodir bo‘ladigan bu temperatura Kyuri nuqtasi deb ataladi. Bu birinchi marta ferromagnetiklarda ikkinchi tur fazaviy o‘tishlarini kashf qilgan olim Per Kyuri sharafiga shunday deb atalgan. Holat bunday uzluksiz o‘zgarganida o‘tish nuqtasida ikki turli fazaning muvozanati bo‘lmaydi, chunki o‘tish butun hajmda birdaniga sodir bo‘ladi. Shuning uchun o‘tish nuqtasida U ichki energiyaning sakrashi ham ro‘y bermaydi. Demak, bunday o‘tishda o‘tish yashirin issiqligining ajralishi ham, ro‘y bermaydi. Biroq o‘tish nuqtasidan yuqori va past temperaturada modda turli kristall modifikatsiyali bo‘lgani uchun ularning issiqlik sig‘imi turlicha bo‘ladi. Demak, fazaviy o‘tish nuqtasida issiqlik sig‘imi, ya’ni ichki energiyadan vaqt bo‘yicha olingan hosilasi sakrashsimon o‘zgaradi. Garchi o‘tish nuqtasida hajmning o‘zi o‘zgarmasa-da, hajmiy kengayish koeffitsienti sakrash bilan o‘zgaradi. Shunday ikkinchi tur fazaviy o‘tishlar ham borki, ularda holatning uzluksiz o‘zgarishi kristall strukturasining o‘zgarishini bildirmaydi, biroq bu o‘tishlarda holat birdaniga butun hajmida o‘zgaradi. Bunday tur o‘tishlarning eng mashhuri moddalarning ferromagnit holatdan ferromagnit bo‘lmagan holatga o‘tishidir, bunday o‘tish Kyuri nuqtasi deb atalgan temperaturada sodir bo‘ladi; ba’zi metallarning normal holatda o‘ta o‘tkazuvchan elektr qarshiligi yo‘qoladi. Ikkala holda ham o‘tish uzluksiz va birdaniga butun hajmda o‘zgaradi. Suyuq geliyning Ne I holatdan Ne II holatga o‘tishi ham ikkinchi tur o‘tishga misol boladi. Bu barcha hollarda o‘tish nuqtasida issiqlik sig’imining sakrashi kuzatiladi. Shu munosabat bilan ikkinchi tur fazaviy o‘tish temperaturasi ikkinchi nomga ega boiib, unga Kyuri nuqta deb ataladi. Fazaviy o‘tishlarning qanday bo’lishini endi batafsilroq ko‘raylik. Fazaviy aylanishlarda asosiy rolni fizikaviy kattaliklarning fluktuatsiyalari o‘ynaydi. Biz fluktuatsiyalar bilan suyuqliklardagi muallaq qattiq zarralarning Broun harakati to‘g‘risida gapirganimizda duch kelgan edik.
O’ta o'tkazuvchanlik faza o'tish termodinamikasida hajmning o'zgarishini va Hc ning bosimga bog'liqligini hisobga olib, issiqlik hajmiy kengayishi va elastiklik modulining o'zgarishlarini topamiz. Bu masalani sodda yechish uchun o'ta o'tkazgich V hajmli kvazicheksiz silindrdan iborat bo‘lsin. Silindr
o‘qiga parallel yo‘nalgan magnit maydonga joylashtirilgan bo'lsin. Bu holda maydon mavjud bo'lgan va u yo‘q bo‘lgandagi Gibbs term odinamik potensialining farqidir.

Foydalanilgan adabiyotlar

Kimyoviy kinetika va termodinamika 2009
www.hozir.org axborot sayti
Yuqori molecular bilimlar - T.M.Babayev