Фазові переходи. метастабільність

Метастабі́льний стан — відносно стійкий стан системи, в якому встановлюється локальна (обмежена), але не глобальна стійка рівновага. При малому збуренні метастабільного стану в фізичній системі виникають процеси, які протидіють збуренню. Проте при значному збуренні система перебудовується й переходить в інший, стійкіший стан.

Метастабільний стан термодинамічної системи — це стан нестійкої рівноваги. Фази, які перебувають у метастабільному стані, називають метастабільними.

Прикладами таких фаз можуть бути перегріта рідина, перегріта пара, переохолоджений газ, переохолоджена рідина, нафта, тиск якої знизився нижче тиску насичення газом, мартенсит сталі. Термодинамічна система може перебувати в метастабільній фазі певний час, але зрештою переходить до стабільнішої фази.

11. Квантова рідина. Надплинність
Квантова рідина, рідина, властивості якої визначаються квантовими ефектами. Прикладом До. ж. є рідкий гелій при температурі, близькій до абсолютного нуля. Квантові ефекти починають виявлятися в рідині при досить низьких температурах, коли довжина хвилі де Бройля для часток рідини, обчислена по енергії їх теплового руху, стає порівнянною з відстанню між ними. Для рідкого гелію ця умова виконується при температурі 3—2 До. Згідно з представленнями класичної механіки, з пониженням температури кінетична енергія часток будь-якого тіла повинна зменшуватися. У системі взаємодіючих часток при досить низькій температурі останні здійснюватимуть малі коливання біля положень, відповідних мінімуму потенційної енергії всього тіла. При абсолютному нулі температури вагання повинні припинитися, а частки зайняти строго певні положення, тобто будь-яке тіло повинне перетворитися на кристал. Тому самий факт існування рідин поблизу абсолютного нуля температури пов'язаний з квантовими ефектами. У квантовій механіці діє принцип: чим точніше фіксовано положення частки, тим більше виявляється розкид значень її швидкості (див. Неопределенностей співвідношення). Отже, навіть при абсолютному нулі температури частки не можуть займати строго певних положень, а їх кінетична енергія не перетворюється на нуль, залишаються так звані нульові коливання. Амплітуда цих коливань тим більше, чим слабкіше за силу взаємодії між частками і менше їх маса. Якщо амплітуда нульових коливань порівнянна з середньою відстанню між частками тіла, то таке тіло може залишитися рідким аж до абсолютного нуля температури.Зі всіх речовин при атмосферному тиску лише два ізотопи гелію (4 He і 3 He) мають досить малу масу і настільки слабку взаємодію між атомами, що залишаються рідкими поблизу абсолютного нуля і дозволяють тим самим вивчити специфіку. ж. Властивостями До. ж. володіють також електрони в металах.

Надплинність — стан речовини, в якому вона втрачає в'язкість. Спостерігається виключно в рідких гелію-4 й гелію-3.

Фазу рідкого гелію, в якій спостерігається надплинність, називають гелієм II.

Надплинність відкрита в 1937 році Петром Капіцею, Джоном Аленом і Доном Мізенером.

Гелій-4 частково переходить у надплинну фазу при температурі 2.17 К. Температуру переходу гелію до надплинного стану називають лямбда-точкою, оскільки графік залежності питомої теплоємності від температури в цій точці нагадує грецьку літеру λ. Температура переходу до надплинної фази гелію-3 набагато нижча.

Надплинна фаза має цілу низку дивовижних властивостей. У ній не лише в'язкість, а й ентропія дорівнює нулю. А от теплопровідність при нульовій температурі нескінченна. В надплинному гелії неможливо встановити градієнт температур. При скінченних температурах рідкий гелій проводить тепло зі скінченною, хоча й великою, швидкістю, однак тепло розповсюджується в ньому не за звичайним рівнянням теплопровідності, а у вигляді хвилі, яку називають другим звуком.

Надплинний гелій має властивість вкривати тонкою плівкою будь-яку поверхню, переповзаючи по стінці вгору, незважаючи на силу тяжіння. У відкритій посудині його втримати неможливо.

Механізми виникнення надплинності в гелії-3 і гелії-4 різні, оскільки гелій-4 складається з бозонів, а гелій-3 з ферміонів.

Великий вклад у теорію надплинності зробили Лев Давидович Ландау і Микола Миколайович Боголюбов.

Date: 2015-09-05; view: 464; Нарушение авторских прав