Критические явления это:

Критические явления
        характеризуют поведение веществ в окрестности точек фазовых переходов (См. Фазовый переход) К типичным К. я. относятся: рост сжимаемости вещества с приближением к критической точке (См. Критическая точка) равновесия жидкость — пар; возрастание магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости в окрестности Кюри точек (См. Кюри точка) ферромагнетиков и сегнетоэлектриков (рис. 1); аномалия теплоёмкости в точке перехода гелия в сверхтекучее состояние (рис. 2); замедление взаимной диффузии веществ вблизи критических точек расслаивающихся жидких смесей; аномалии в распространении ультразвука и др.
         К К. я. в более узком смысле относят явления, обязанные своим происхождением росту флуктуаций (См. Флуктуации) термодинамических величин (плотности и др.) в окрестности точек фазовых переходов (см. Критическое состояние).
         Значительный рост флуктуаций приводит к тому, что в критической точке равновесия жидкость — пар плотность вещества от точки к точке заметно меняется. Возникшая флуктуационная неоднородность вещества существенно влияет на его физические свойства.
         Заметно усиливается, например, рассеяние и поглощение веществом излучений. Вблизи критической точки жидкость — пар размеры флуктуаций плотности доходят до тысяч Å и сравниваются с длиной световой волны. В результате вещество становится совершенно непрозрачным, большая часть падающего света рассеивается в стороны. Вещество приобретает опаловую (молочно-мутную) окраску, наблюдается т. н. критическая опалесценция вещества.
         Рост флуктуаций приводит также к дисперсии звука (См. Дисперсия звука) и его сильному поглощению (рис. 3), замедлению установления теплового равновесия (в критической точке оно устанавливается часами), изменению характера броуновского движения (См. Броуновское движение), аномалиям вязкости (См. Вязкость), теплопроводности (См. Теплопроводность) и др. К. я. в чистом веществе.
         Аналогичные явления наблюдаются в окрестности критических точек двойных (бинарных) смесей; здесь они обусловлены развитием флуктуаций концентрации одного из компонентов в другом. Так, в критической точке расслоения жидких металлов (например, в системах Li—Na, Ge—Hg) наблюдается критическое рассеяние рентгеновских лучей (рис. 4). В окрестности точек Кюри ферромагнетиков и сегнетоэлектриков, где растут флуктуации намагниченности и диэлектрической поляризации, имеются резкие аномалии в рассеянии и поляризации проходящих пучков нейтронов (рис. 5), в распространении звука и высокочастотного электромагнитного поля. При упорядочении сплавов (например, гидридов металлов) и установлении ориентационного дальнего порядка в молекулярных кристаллах (например, в твёрдом метане, четырёххлористом углероде, галогенидах аммония) также наблюдаются типичные К. я., связанные с ростом флуктуаций соответствующей физической величины (упорядоченности расположения атомов сплава или средней ориентации молекул по кристаллу) в окрестности точки фазового перехода.
         Внутреннее сходство К. я. при фазовых переходах в объектах очень разной природы позволяет рассматривать их с единой точки зрения. Установлено, например, что у всех объектов существует одинаковая температурная зависимость ряда физических величин вблизи точек фазовых переходов II рода. Для получения такой зависимости физические величины выражают в виде степенной функции от приведённой температуры τ=(T—Тк)/T,: (здесь ТкКритическая температура) или др. приведённых величин (см. Приведённое уравнение состояния). Например, сжимаемость газа (дV/др) Т, восприимчивость ферромагнетика (дМ/дН) р, Т или сегнетоэлектрика (дD/дЕ) р, Т и аналогичная величина (дх/дμ) р, Т для смесей с критической точкой равновесия жидкость — жидкость или жидкость — пар одинаково зависят от температуры вблизи критической точки и могут быть выражены однотипной формулой:
         (1)
         Здесь V, р, Т — объём, давление и температура, М и D — намагниченность и поляризация вещества, Н и Е— напряжённость магнитного и электрических полей, μХимический потенциал компонента смеси, имеющего концентрацию х. Критический индекс γ, возможно, имеет одинаковые или близкие значения для всех систем. Эксперименты дают значения γ, лежащие между 1 и 4/3, однако погрешности в определении у часто оказываются того же порядка, что и различие результатов экспериментов. Аналогичная зависимость теплоёмкости с от температуры для всех перечисленных систем имеет вид:
         cv, сн, cE, cp, x,...Критические явления τ. (2)
         Значения α лежат между нулём и Критические явления 0,2, в ряде экспериментов α оказалось близким к 1/8. Для теплоёмкости гелия в точке перехода в сверхтекучее состояние (в λ-точке) формула (2) видоизменяется: Ср Критические явления Inτ.
         Подобным же образом (в виде степенного выражения) в окрестности критических точек может быть выражена зависимость удельного объёма газа от давления, магнитного или электрического момента системы от напряжённости поля, концентрации смеси от химического потенциала компонентов. При постоянной температуре, равной Тк, они могут быть записаны следующим образом:
         M Критические явления H1/δ,
         . (3)
         Экспериментальные значения δ лежат между 4 и 5.
         Одинаково зависят от приведённой температуры также: разность удельных объёмов жидкости (Vж) и пара (Vп), находящихся в равновесии ниже критической точки; магнитный или электрический момент вещества в ферромагнитном или сегнетоэлектрическом состоянии в отсутствие внешнего поля; разность концентраций двух фаз (x1 и x2) расслаивающейся смеси; корень квадратный из плотности ρs сверхтекучей компоненты в гелии II (см. Сверхтекучесть):
        
         М, D, x2-x1 x1-x2, τβ (4)
         Найденные значения β близки к одной трети (от 5/16 до 3/8). Константы α, β, γ, δ и др., характеризующие поведение физических величин вблизи точек перехода II рода, называются критическими индексами.
         В некоторых объектах, например в обычных сверхпроводниках и многих сегнетоэлектриках, почти во всём диапазоне температур вблизи критической точки К. я. не обнаруживаются. С др. стороны, свойства обычных жидкостей в значительном диапазоне температур в окрестности критической точки или свойства гелия вблизи λ-точки почти целиком определяются К. я. Это связано с характером действия межмолекулярных сил. Если эти силы достаточно быстро убывают с расстоянием, то в веществе значительную роль играют флуктуации и К. я. возникают задолго до подхода к критической точке. Если же, напротив, межмолекулярные силы имеют сравнительно дальний радиус действия, как, например, кулоновское и диполь-дипольное взаимодействие в сегнетоэлектриках, то установившееся в веществе среднее силовое поле почти не будет искажаться флуктуациями и К. я. могут обнаружиться лишь предельно близко к точке Кюри.
         К. я. — это кооперативные явления, т. е. явления, обусловленные свойствами всей совокупности частиц, а не индивидуальными свойствами каждой частицы. Проблема кооперативных явлений полностью ещё не решена, поэтому нет и исчерпывающей теории К. я.
         Все реальные подходы к теории К. я, исходят из эмпирического факта возрастания неоднородности вещества с приближением к критической точке и вводят понятие радиуса корреляции флуктуаций rc, близкое по смыслу к среднему размеру флуктуации. Радиус корреляции характеризует расстояние, на котором флуктуации влияют друг на друга и, т. о., оказываются зависимыми, «скоррелированными». Этот радиус для всех объектов зависит от температуры по степенному закону:
         rcКритические явленияτ. (5)
         Предполагаемые значения ν лежат между 1/2 и 1/3.
         Зависимости (1), (2) и (5) означают, что значения соответствующих величин становятся бесконечными в точках, где τ обращается в нуль (ср. рис. 1, 2, 3). Т. о., радиус корреляции неограниченно растет с приближением к точке фазового перехода. Это значит, что любая часть рассматриваемой системы в точке фазового перехода чувствует изменения, произошедшие с остальными частями. Наоборот, вдали от точки перехода флуктуации статистически независимы и случайные изменения состояния вещества в данной точке образца никак не сказываются на остальном веществе. Наглядным примером служит Рассеяние света веществом.
         В случае рассеяния света на независимых флуктуациях (т. н. рэлеевское рассеяние) интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна 4-й степени длины волны и приблизительно одинакова по разным направлениям (рис. 6, а). Рассеяние же на скоррелированных флуктуациях — критическое рассеяние — отличается тем, что интенсивность рассеянного света пропорциональна квадрату длины волны и обладает особой диаграммой направленности (рис. 6, б).
         Среди теорий К. я. большое распространение получила теория, рассматривающая вещество в окрестности точки фазового перехода как систему флуктуирующих областей размера Критические явления rc. Она называется теорией масштабных преобразований (скейлинг-теорией). Скейлинг-теория не позволяет из свойств молекул, составляющих вещество, вычислить критические индексы, но даёт соотношение между индексами, которые позволяют вычислить их все, если известны какие-нибудь два из них. Соотношения между критическими индексами позволяют определить Уравнение состояния и вычислять затем различные термодинамические величины по сравнительно небольшому объёму экспериментального материала. На аналогичном принципе построена теория, связывающая несколькими соотношениями критические индексы кинетических свойств (вязкости, теплопроводности, коэффициент диффузии, поглощения звука и др., также имеющих аномалии в точках фазовых переходов) с индексами термодинамических величин. Эта теория называется динамическим скейлингом в отличие от статического скейлинга, который относится только к термодинамическим свойствам материи.
         Лит.: Фишер М., Природа критического состояния, пер. с англ., М., 1968; Покровский В. Л., Гипотеза подобия в теории фазовых переходов, «Успехи физических наук», 1968, т. 94, в. 1, с. 127; Critical phenomena. Wash., 1966.
        
        Рис. 1. Зависимость магнитной восприимчивости χ ферромагнетика (монокристалла Ni) вблизи точки Кюри Tк от приведённой температуры τ = (Т — Тк)/Тк.
        
        Рис. 2. Зависимость теплоёмкости гелия Cp (при постоянном давлении) вблизи точки перехода в сверхтекучее состояние (2,19 К) от температуры Т.
        
        Рис. 3. Дисперсия (1) и поглощение (2) звука в аргоне вблизи критической температуры Tк перехода жидкость — пар. А — интенсивность звука, прошедшего через вещество, A0 — первоначальная интенсивность звука; Vзв — скорость звука.
        Рис. 4. Температурная зависимость рассеяния рентгеновских лучей смесью жидких металлов Li — Na. Вблизи критич. точки растворимости смеси (301°С) число квантов рассеянного рентгеновского излучения, зафиксированных счётчиком в единицу времени, имеет резкий максимум.
        Рис. 4. Температурная зависимость рассеяния рентгеновских лучей смесью жидких металлов Li — Na. Вблизи критич. точки растворимости смеси (301°С) число квантов рассеянного рентгеновского излучения, зафиксированных счётчиком в единицу времени, имеет резкий максимум.
        
        Рис. 5. Зависимость интенсивности N рассеянного пучка нейтронов, прошедшего через образец никеля, от температуры. Измерялось рассеяние на углы Θ = 10,2' и Θ = 37' (для Θ = 10,2' масштаб уменьшен в 3 раза). Максимум рассеяния соответствует точке Кюри Tк и его положение не зависит от угла рассеяния.
        Рис. 6. а — диаграмма направленности рассеяния света на независимых флуктуациях плотности жидкости; б — рассеяние света на скоррелированных флуктуациях (рассеяние при критической температуре). Масштаб в случае б сильно уменьшен.
        Рис. 6. а — диаграмма направленности рассеяния света на независимых флуктуациях плотности жидкости; б — рассеяние света на скоррелированных флуктуациях (рассеяние при критической температуре). Масштаб в случае б сильно уменьшен.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

Смотреть что такое "Критические явления" в других словарях:

  • КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ — специфич. явления, наблюдаемые вблизи критических точек и точек фазовых переходов II рода: рост сжимаемости в ва в окрестности критич. точки равновесия жидкость пар; .возрастание магн. восприимчивости и диэлектрич. проницаемости в окрестности… …   Физическая энциклопедия

  • КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ — проявление особых свойств вещества в критическом состоянии, напр. критическая опалесценция, аномальное возрастание теплоемкости, возрастание магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости в окрестности Кюри точек ферромагнетиков и… …   Большой Энциклопедический словарь

  • КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ — особенности в поведении в ва, наблюдаемые вблизи критич. точек однокомпонентных систем и р ров (см. Критическое состояние), а также вблизи точек фазовых переходовII рода. Важнейшие К. я. в окрестности критич. точки равновесия жидкость газ:… …   Химическая энциклопедия

  • Критические явления — К критическим явлениям относятся многочисленные аномалии, наблюдающиеся в фазовых переходах второго рода, например, в точке Кюри в магнетике или в критической точке системы «жидкость пар». Эти аномалии описываются критическими индексами. В… …   Википедия

  • критические явления — проявление особых свойств вещества в критическом состоянии, например критическая опалесценция, аномальное возрастание теплоёмкости, возрастание магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости в окрестности Кюри точек ферромагнетиков и… …   Энциклопедический словарь

  • КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ — проявление особых свойств в ва в критическом состоянии, напр. критич. опалесценция, аномальное возрастание теплоёмкости, возрастание магн. восприимчивости и диэлектрич. проницаемости в окрестности Кюри точек ферромагнетиков и сегнетоэлектриков,… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Критические индексы — – это величины, описывающие аномалии различных термодинамических характеристик системы во флуктуационной области (то есть в непосредственной окрестности точки фазового перехода). Эти аномалии обычно описываются степенными законами, показателями… …   Википедия

  • КООПЕРАТИВНЫЕ ЯВЛЕНИЯ — явления в многочастичной системе, связанные с когерентным (согласованным) взаимодействием большого числа частиц (иначе говоря, с развитыми многочастичными корреляциями). Простейший пример К. я. гидродинамич. движения (звук, теплопроводность и т.… …   Физическая энциклопедия

  • Фазовый переход —         фазовое превращение, в широком смысле – переход вещества из одной фазы (См. Фаза) в другую при изменении внешних условий – температуры, давления, магнитного и электрического полей и т.д.; в узком смысле – скачкообразное изменение… …   Большая советская энциклопедия

  • ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД — (фазовое превращение), в широком смысле переход в ва из одной фазы в другую при изменении внеш. условий темп ры, давления, магн. и электрич. полей и т. д.; в узком смысле скачкообразное изменение физ. св в при непрерывном изменении внеш.… …   Физическая энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «Критические явления» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»