Фазовая диаграмма
Рассмотрим фазовую диаграмму состояний газ-
жидкость-твердое тело для нормального вещества.
Фазовая диаграмма
Точка А является тройной: в ней находятся в равновесии одновременно газ, жидкость
и твердое тело. Давление и температура
тройной точки обозначены Pтр и Tтр.
0A является кривой сублимации: при
соответствующих давлении и температуре
происходит переход газ-твердое тело, минуя жидкое состояние. Выше давления
тройной точки Pтр, но ниже критического
давления Pкр, переход из газообразного в твердое состояние может быть осуществлен
только через жидкую фазу.
Фазовая диаграмма
АК является кривой перехода жидкость-газ. Она начинается в тройной точке А и заканчивается в точке К, обозначающей критическое состояние.
При температуре выше критической теряется различие между жидкостью и газом.
АВ является кривой перехода жидкость-твердое тело. Она не имеет конца, а продолжается безгранично вверх (стрелка на верхнем конце кривой). Это обусловлено тем, что жидкое состояние отличается от кристаллического по структуре и ни при каких обстоятельствах кристаллическая структура не может стать бесструктурной по самому определению.
Фазовая диаграмма
Рассмотрим фазовую диаграмму состояний газ-
жидкость-твердое тело для аномального вещества.
Фазовая диаграмма
У аномальных веществ кривая АВ перехода
жидкость-твердое тело направлена не так, как у нормальных веществ. Температура
плавления при повышении давления у таких
веществ понижается и, следовательно, они могут при достаточно высоком давлении оставаться жидкими до очень низкой температуры.
Жидкий гелий
Особое положение среди веществ занимает гелий, который при давлении ниже 3 МПа остается в жидком состоянии при температуре, сколь угодно близкой к 0 К.
Жидкий гелий
Температура тройной точки А лежит вблизи 2
К, а давление очень мало. При температуре
ниже тройной точки не происходит перехода
Не-I в твердое состояние, как это следовало
бы ожидать, а происходит фазовый переход, известный как λ-переход (ламбда-переход).
Этот λ-переход осуществляется на линии АВ.
При нем жидкость остается жидкостью и отсутствует скрытая теплота. Следовательно,
это не фазовый переход первого рода.
Жидкий гелий
Свое название λ-переход получил из-за поведения теплоемкости, поскольку кривая, изображающая теплоемкость вблизи температуры λ-перехода, напоминает греческую букву λ. При температуре λ- перехода теплоемкость обращается в бесконечность.
Жидкий гелий
Не-II является бесцветной прозрачной жидкостью и не отличается по внешнему виду от Не-I. Плотность жидкостей одинаковы и по свойствам они резко отличаются.
Наиболее важным свойством Не-II является его
сверхтекучесть, т.е. способность без трения протекать через узкие отверстия. Свойство сверхтекучести проявляется в Не-II лишь при достаточно малых скоростях течения. Всегда существует некоторая критическая скорость течения, выше которой явление сверхтекучести исчезает.
He-II является смачивающей жидкостью для всех других материалов. Это обусловлено тем, что силы взаимодействия между атомами гелия слабее, чем силы взаимодействия между атомами гелия с любыми другими атомами. Поэтому у стенок сосуда уровень гелия
поднимается и гелий вытекает из сосуда.
369
Полиморфизм
Твердые вещества могут находиться в различных кристаллических модификациях, отличающихся между собой структурой кристаллической решетки. Например, углерод может существовать в виде графита и в виде алмаза, имеется много модификаций льда, и т.д. Это явление называется полиморфизмом. Переход твердого тела из одной кристаллической модификации в другую называется
полиморфным превращением. При этом происходит
перестройка кристаллической решетки. Одновременное существование двух модификаций возможно лишь при определенном соотношении между температурой и давлением, т.е. на диаграмме PT эти модификации будут разделены между собой линией. Три модификации могут находиться в равновесии лишь при одном значении P, Т, т.е. в тройной
точке.
Полиморфное превращение является фазовым переходом. Оно сопровождается выделением или поглощением скрытой теплоты перехода, которая связана с перестройкой
кристаллической решетки. |
370 |
