ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ
одновременное
существование термодинамически равновесных фаз в многофазной системе.
Простейшие примеры - равновесие жидкости со своим насыщенным паром, равновесие
воды и льда при темп-ре плавления, расслоение смеси воды с триэтил-амином
на два несмешивающихся слоя (две фазы), отличающихся концентрациями. В
равновесии могут находиться (в отсутствии внеш. магнитного поля) две фазы
ферромагнетика с одинаковой осью намагничивания, но различным направлением
намагниченности; нормальная и сверхпроводящая фазы металла во внешнем магнитном
поле и т. д.
При переходе в условиях равновесия
частицы из одной фазы в другую энергия системы не меняется. Другими словами,
при равновесии химические потенциалы каждой компоненты в различных
фазах одинаковы. Отсюда следует фаз правило Гиббса: в веществе,
состоящем из k компонент, одновременно могут существовать не более
чем k +2 равновесные фазы. Напр., в однокомпонентном веществе число
одновременно существующих фаз не превосходит трёх (см. Тройная точка).
Число
термодинамич. степеней свободы, т. е. переменных (физ. параметров), к-рые
можно изменять, не нарушая условий Ф. р., равно k + 2 -ф, где ф
- число фаз, находящихся в равновесии. Напр., в двухкомпонентной системе
три фазы могут находиться в равновесии при разных темп-pax, но давление
и концентрации компонент полностью определяются темп-рой.
Изменение темп-ры фазового
перехода (кипения, плавления и др.) при бесконечно малом изменении давления
определяется Клапейрона-Клаузиуса уравнением. Графики, изображающие
зависимость одних термодинамич. переменных от других в условиях Ф. р.,
называются линиями (поверхностями) равновесия, а их совокупность - диаграммами
состояния. Линия Ф. р. может либо пересечься с другой линией равновесия
(тройная точка), либо кончиться критической точкой.
В твёрдых телах из-за медленности
процессов диффузии, приводящих к термодинамич. равновесию, возникают
неравновесные фазы, к-рые могут существовать наряду с равновесными. В этом
случае правило фаз может не выполняться. Правило фаз не выполняется также
и в том случае, когда на кривой равновесия фазы не отличаются друг от друга
(см. Фазовые переходы).
В массивных образцах в отсутствии
дальнодействующих сил между частицами число границ между равновесными фазами
минимально. Напр., в случае двухфазного равновесия имеется лишь одна поверхность
раздела фаз. Если хотя бы в одной из фаз существует дальнодейст-вующее
поле (электрич. или магнитное), выходящее из вещества, то энергетически
более выгодны равновесные состояния с большим числом периодически расположенных
фазовых границ (домены ферромагнитные и сегнетоэлектрические, промежуточное
состояние сверхпроводников) и таким расположением фаз, чтобы даль-нодействующее
поле не выходило из тела. Форма границы раздела фаз определяется условием
минимальности поверхностной энергии. Так, в двухкомпонентной смеси
при условии равенства плотностей фаз граница раздела имеет сферич. форму.
Огранка кристаллов определяется теми плоскостями, поверхностная
энергия к-рых минимальна.
Лит.: Ландау Л. Д.,
Ахиезер А. И., Лифшиц Е. М., Курс общей физики. Механика и молекулярная
физика, 2 изд., М., 1969; Френкель Я. И., Статистическая физика, М. - Л.,
1948.
В. Л. Покровский.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я