相变

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在化学、热力学和其他相关领域,相变(或相变)是介质的一种状态与另一种状态之间转变的物理过程。该术语通常用于指代物质基本状态之间的变化:固体、液体和气体,在极少数情况下,还包括等离子体。热力学系统的一个相和物质的状态具有统一的物理性质。在给定介质的相变过程中,介质的某些特性会因外部条件(例如温度或压力)的变化而发生变化。这可能是一个不连续的变化;例如,液体在加热到沸点时可能变成气体,导致体积突然变化...
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相变

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在化学、热力学和其他相关领域,相变(或相变)是介质的一种状态与另一种状态之间转变的物理过程。 该术语通常用于指代物质基本状态之间的变化:固体液体气体,在极少数情况下,还包括等离子体热力学系统的一个相和物质的状态具有统一的物理性质。 在给定介质的相变过程中,介质的某些特性会因外部条件(例如温度或压力)的变化而发生变化。 这可能是一个不连续的变化; 例如,液体在加热到沸点时可能变成气体,导致体积突然变化。 对发生转变的外部条件的识别定义了相变点。

相变类型

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在物质的相变点,例如沸点,所涉及的两个相 - 液体和蒸汽,具有相同的自由能,因此同样可能存在。 在沸点以下,液体是两者中更稳定的状态,而在沸点以上,气态更稳定。

有时可以绝热地(与绝热地相反)改变系统的状态,这样它就可以通过相变点而不经历相变。 所产生的状态是亚稳态的,即不如过渡到的状态稳定,但也不是不稳定的。 例如,这发生在过热过冷过饱和中。

由于温度和/或压力的影响,单个组分的固相、液相和气相之间的常见转变如下表所示:

其他相变包括:

  • 共晶转变,其中双组分单相液体冷却并转变为两个固相。 同样的过程,但从固体而不是液体开始,称为共析转变。
  • 亚稳态到平衡的相变。 由于较低的表面能而快速形成的亚稳态多晶型物将转变为平衡相,只要有足够的热输入来克服能量势垒。
  • 包晶转变,其中双组分单相固体被加热并转变为固相和液相。
  • 一种旋节线分解,其中单个相被冷却并分离成同一相的两种不同成分。
  • 过渡到固体和液体之间的中间相,例如液晶相之一。
  • 居里点处磁性材料的铁磁相和顺磁相之间的转变。
  • 不同有序、相称或不相称的磁性结构之间的转变,例如锑化铈。
  • 马氏体相变是碳钢中众多相变之一,是位移相变的典范。
  • 晶体结构的变化,例如铁的铁素体和奥氏体之间的变化。
  • 有序-无序转变,例如 α-钛铝化物。
  • 吸附几何学对覆盖度和温度的依赖性,例如对铁 (110) 的依赖性。
  • 当冷却到临界温度以下时,某些金属陶瓷会出现超导性。
  • 不同分子结构(多晶型物、同素异形体或多晶型物)之间的转变,尤其是固体的转变,例如无定形结构和晶体结构之间、两种不同晶体结构之间或两种无定形结构之间。
  • 玻色子流体的量子凝聚(玻色-爱因斯坦凝聚)。 液氦中的超流体转变就是一个例子。
  • 随着温度的降低,宇宙早期历史中物理定律的对称性破缺。

相变

  • 同位素分馏发生在相变过程中,相关分子中轻同位素与重同位素的比例发生变化。 当水蒸气凝结(平衡分馏)时,较重的水同位素(18O 和 2H)在液相中富集,而较轻的同位素(16O 和 1H)则倾向于气相。

当系统的热力学自由能对于某些热力学变量的选择(参见相)是非解析的时,就会发生相变。 这种情况通常源于系统中大量粒子的相互作用,并且不会出现在小系统中。 对于温度不是参数的非热力学系统,可能会发生相变。 示例包括:量子相变、动态相变和拓扑(结构)相变。 在这些类型的系统中,其他参数代替了温度。

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