临界现象和临界理论专题.ppt

临界现象和临界理谘专题河北科技大学王振辉临界现象和临界理论专题临界现象临界现象●临界状态是流体的一个特殊状态,临界点是相图(pT图)上气液相变线的终点,对应于气液共存的最高温度和压力状态●临界点处的相变属于热力学势函数及其一阶导数连续而二阶导数不连续的二阶相变特殊性质0临界现象和临界理论专题临界现象临界现象●临界乳光:定温压缩系数的发散使重力场足以在很小的容器中形成很大的密度梯度,由于光的折射率与流体的密度有关,因此在临界状态,密度涨落造成了光的散射,从而形成临界乳光现象,原本清澈透明的气液界面在极接近临界温度时变得不透明,既而产生向前散射的白光●临界慢化:比热发散而导热系数和密度为有限值,使得热扩散系数趋于零,将导致所谓的“临界慢化”,即离临界点越近,趋向衡的时间越长,临界参数测量具有相当难临界现象和临界理论专题相变的相似性相变的相似性和类比●相变是有序和无序两种倾向矛盾斗争的结果相互作用是有序的起因,热运动是无序的来●在缓慢降温过程中,每当一种相互作用的能量足以和热运动能量相比时,物质的宏观状态就有可能发生突变物质内部存在多种多样的相互作用,越是走向低温,更为精细的相互作用就得以表现出来。尽管相变的表现可以多种多样,但在同个热力学面上的各种相变现象还是有很多相似性。临界现象和临界理论专题相变的相似性多种多样的相变●铁磁相变:以单轴各向异性的铁磁体为例,其具有一个容易磁化的晶轴,磁距取向只能严行或反平行于晶轴。大家知道磁铁可以吸铁,但当温度高于某个临界温度一居里点时,磁铁的磁性会消失。如果从高温开始降温,在居里点处磁性突然出现,但磁距的取向是由偶然因素决定的(也就是说,对于一根长条磁铁,当温度降低出现磁性时,究竟哪端是N极是不确定的)。临界现象和临界理论专题相变的相似性多种多样的相变金的有序无序相变:20世纪以来,科学家使用X射线衍射研究晶体结构,发现不仅元素,而且化合物和合金都具有严格的周期结构。对于合金,当温度升高到某个临界温度(如对于含铜和锌均为50%的黄铜是742K时,合金的有序性完全消失;s超流相变:对于4He在217K左右又发生了一次相变,低温相的He完全失去了粘性,可以毫无阻尼地通过毛细管,在悬挂的容器中会自动爬出来;s超号相变:金属低于某一特定温度时,会完全失去电阻临界现象和临界理论专题相变的相似性相变的相似性●临界奇昦现隶:铁磁相变、超流转变点气液临界点均发现了形的无穷尖峰(书中关于二阶相变的比热有限变化的描述是错误的),采用合适的定标尺度,不同类相变的比热尖峰良好重合;●临界驭光:不透明介质(如铁磁相变和合金的有序无序相变)的临界点,没有可见光区域的临界乳光,但却发现了X射线及中子散射的异常增大,其规律与临界乳光一样。临界现象和临界理论专题相变的相似性相变的类比液铁磁相变气液临界点临界现象和临界理论专题临界现象的描述描述临界现象的基本物理量约化温度:量度温度与临界温度的对比差,它表示趋近临界温度的程度对称破缺与序参量:相变现象也伴随着有序程度的改变和对称的破缺铁磁相变:对于各向同性的铁磁体。在高温顺磁相,微观磁距为零,一切方向是等价的,具有很高的对称性(S)=0临界现象和临界理论专题临界现象的描述描述临界现象的基本物理量当温度低于居里点时,在低温铁磁相,微观磁距的平均值不再是零,这就是自发磁化强度M,M≠0它选出了特定的空间方向,因此破坏了各向同性,同时这个非零的自发磁化强度M标志着新的磁有序,它的大小表示有序的程度,所以又称为“序参量”。二阶相变(连续相变)指T=Tc时序参量连续由零变到非零的相变