МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ


МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ
МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ

       
(от греч. meta...— приставка, означающая здесь изменение, переход к ч.-л. другому, и лат. stabilis — устойчивый) в термодинамике, состояние неустойчивого равновесия физ. макроскопич. системы, в к-ром система может находиться длит. время, не переходя в более устойчивое (при данных условиях) состояние (фазу).
Существование М. с. связано с особенностями кинетики фазовых переходов. Фазовый переход начинается с возникновения зародышей новой фазы: пузырьков пара при переходе жидкости в пар, микрокристалликов при переходе жидкости в крист. состояние и т. п. Для образования зародышей требуются затраты энергии на создание поверхностей раздела фаз. Росту образовавшихся зародышей мешает значит. кривизна их поверхности (см. КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ), приводящая при кристаллизации к повышенной растворимости зародышей тв. фазы, при конденсации жидкости — к испарению мельчайших капелек, при парообразовании — к повышенной упругости пара внутри маленьких пузырьков. Указанные факторы могут сделать энергетически невыгодными возникновение и рост зародышей новой фазы и задержать переход системы из М. с. в абсолютно устойчивое состояние при данных условиях. Фактором, способствующим сохранению М. с., может быть высокая вязкость в-ва, препятствующая, напр., установлению упорядоченного расположения молекул в аморфных тв. телах (кристаллизации стёкол).
М. с. часто встречается в природе а используется в науке и технике. С существованием М. с. связаны, напр., явления магн., электрич. и упругого гистерезиса, закалка стали, образование пересыщенных р-ров и т. п. В науч. исследованиях пар в перегретом состоянии использовался для регистрации треков заряж. ч-ц в Вильсона камере; в совр. пузырьковых камерах для тех же целей применяют находящиеся в М. с. жидкости.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ

- состояние неполного равновесия макроскопич. системы, соответствующее одному из минимумов термодинамич. потенциала системы при заданных внеш. условиях. Устойчивому (стабильному) состоянию отвечает самый глубокий минимум. Однородная система в M. с. удовлетворяет условиям устойчивости равновесия термодинамического 3024-14.jpg относительно малых возмущений физ. параметров (энтропии, плотности и др.). При достаточно больших возмущениях система переходит в абсолютно устойчивое состояние.

Большой класс M. с. связан с фазовыми переходами 1-го рода (кристалл 3024-15.jpg жидкость 3024-16.jpg газ). Для одноком-понентной системы Гиббса энергия Ф(Т, P)[или хим. потенциал 3024-17.jpg- число частиц в системе] изображается поверхностью с самопересечением. На линии пересечения хим. потенциалов двух фаз 3024-18.jpg возможно равновесное сосуществование фаз. Точка s на рис. 1 - след такой линии на плоскости 3024-20.jpgM. с. двух фаз соответствуют участки 3024-21.jpg. M. с. характеризуется конечным временем жизни.


3024-19.jpg


При отсутствии конкурирующей (более устойчивой) фазы распад M. с. начинается с возникновения жизнеспособных зародышей в результате флуктуации, напр, капелек жидкости в пересыщенном паре или пузырьков пара в перегретой жидкости (см. Переохлаждение, Перегрев).

Мин. работа W, к-рую нужно затратить для создания зародыша радиуса r, состоит из объёмного и поверхностного вкладов. Зависимость W от r показана на рис. 2. Положение максимума 3024-22.jpg 3024-23.jpg определяет размер критич. зародыша. С ростом пересыщения значения 3024-24.jpgубывают. Притермодинамически 3024-25.jpg обусловлен рост зародыша. Для сферич. зародышей , где 3024-26.jpg- коэф. поверхностного натяжения 3024-27.jpgна границе фаз,3024-28.jpg- давления в критич. <зародыше и во внеш. фазе. Вместо разности давлений можно ввести величину переохлаждения (перегрева) |T - T0| при заданном давлении или разность хим. потенциалов Dm метастабильной и стабильной фаз, 3024-29.jpg - удельный объём стабильной фазы.

В большинстве реальных ситуаций распад M. с. происходит до достижения заметной скорости гомогенного зародышеобразования, к к-рому относится теория. Начало фазового перехода облегчается влиянием стенок и присутствием в объёме системы разл. включений, существенно снижающих работу образования жизнеспособных зародышей устойчивой фазы. В этом случае говорят о гетерогенном за-родышеобразовании. Специально поставленные опыты с перегретыми и переохлаждёнными жидкостями приводят к результатам, к-рые согласуются с предсказаниями теории флуктуац. (гомогенного) зародышеобразования. В опытах альтернативой медленному изменению состояния в "чистой" системе служит режим быстрого создания такого пересыщения, при к-ром осн. доля фазового перехода обусловлена массой флуктуац. зародышей, а вклад гетерогенного зародышеобразования незначителен.

Две фазы, метастабильные по отношению к третьей фазе, могут сосуществовать друг с другом. При этом удовлетворяются обычные условия равновесия фаз:

3024-30.jpg Примером является переохлаждённая жидкость и пар над ней при 3024-31.jpgгдез T тр - темп-pa тройной точки кристалл - жидкость - пар. Др. пример - равновесие кристалл - жидкость на продолжении линии плавления за тройную точку, т. е. при 3024-32.jpg Аналогичный приём построения расширенных диаграмм состояния используют для систем с полиморфными превращениями (см. Полиморфизм). Это связано с тем, что MH. кристаллич. материалы получают на основе метастабильных модификаций. Большое практич. значение имело построение фазовой диаграммы графит - алмаз. В двух- и многокомпонентных системах нужно учитывать возможность метастабиль-ности, вызванной концентрац. пересыщением.

M. с.- неравновесное состояние термодинамич. системы. Для определённости обычно предполагают, что система, находящаяся в M. с., прорелаксировала по всем признакам, кроме тех флуктуац. мод, к-рые приводят к возйикновению жизнеспособных зародышей. Иначе говоря, характерное время ожидания распада M. с. больше остальных времён релаксации (температурной, концентрационной и т. д.). В этом случае существует квазистатич. продолжение термодинамич. свойств равновесной системы в область M. с. При несоблюдении сформулиров. условия метастабильность и неравновесность фаз связаны более сложным образом. Напр., за-стеклованная (очень вязкая) жидкость метастабильна (при 3024-33.jpg), но её структура и свойства зависят от предыстории системы (см. Стеклообразное состояние).

С существованием M. с. связаны явления гистерезиса при фазовых переходах, напр. при циклич. пере-магничивании ферромагнетиков, в камерах Вильсона, в пузырьковых камерах. MH. технически важные материалы, в т. ч. стали, алюминиевые сплавы, являются ме-тастабильными системами.

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц E. M., Статистическая физика, ч. 1, 3 изд., M., 1976, p 21, 83, 162; Скрипов В. П., Метастабильная жидкость, M., 1972; Сивухи н Д. В., Общий курс физики, 2 изд., [т. 2], M., 1979; Френкель Я. И., Кинетическая теория жидкостей, Л., 1975.

В. П. Скрипов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ" в других словарях:

  • МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ — относительно устойчивое состояние системы, из которого она может перейти в более устойчивое состояние под действием внешних факторов или самопроизвольно (в последнем случае вероятность перехода значительно меньше, чем для нестабильного состояния) …   Большой Энциклопедический словарь

  • МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ — в квантовых системах состояние с временем жизни (т), много большим характерного времени жизни возбуждённых состояний атомной системы. Обычно ме тастабильными считают возбуждённые состояния, из лучательные (радиационные), переходы из к рых в др.… …   Физическая энциклопедия

  • МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ — МЕТАСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ, относительно устойчивое состояние системы, которое легко можно нарушить, переводя его в более низкое энергетическое состояние (примером является монета, балансирующая на ребре). Перенасыщенный раствор или переохлажденная …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • Метастабильное состояние — – относительно устойчивое состояние системы, из которого она может перейти в более устойчиное состояние под действием внешних факторов или самопроизвольно. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • метастабильное состояние — Возбужденное состояние, квантовые переходы из которого, сопровождающиеся спонтанным излучением, мало вероятны. Примечание Продолжительность жизни метастабильных состояний на несколько порядков превышает продолжительность жизни обычных… …   Справочник технического переводчика

  • метастабильное состояние — [metastable state] относительно устойчивое состояние термодинамической системы, которая стремится самопроизвольно перейти в стабильное состояние, характеризуется минимумом энергии Гиббса. Такой переход связан с перемещением атомов, и при низкой… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • Метастабильное состояние — Метастабильность на примере шарика в яме Метастабильное состояние (от греч …   Википедия

  • метастабильное состояние — состояние неустойчивого равновесия физической системы, в котором система может находиться длительное время, не переходя в более устойчивое (при данных условиях) состояние. Переход в более устойчивое состояние происходит под действием внешних… …   Энциклопедический словарь

  • метастабильное состояние — metastabilioji būsena statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. metastable condition; metastable state vok. metastabiler Zustand, m rus. метастабильное состояние, n pranc. état métastable, m …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • метастабильное состояние — metastabilioji būsena statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. metastable state vok. metastabiler Zustand, m rus. метастабильное состояние, n pranc. état métastable, m …   Fizikos terminų žodynas


Поделиться ссылкой на выделенное

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

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.