Курс общей физики. Механика и молекулярная физика - Ландау Л.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Это значит, что в точке перехода второго рода имеет место скачок производных от тепловых характеристик тела по
fdV\
температуре: испытывает скачок производная ( , т. е. коэффициент теплового расширения тела, испытывает скачок производная (Jff^ ,т.е. теплоемкость Cp тела, и т. п.
Именно наличие этих скачков и является основным характерным свойством переходов второго рода, проявляющимся при тепловых измерениях. На рис. 14 изображен типичный характер изменения теплоемкости с температурой вблизи точки такого перехода: постепенное возрастание прерывается скачкообразным падением, после чего теплоемкость снова начинает возрастать.
Испытывают скачок при переходе второго рода также и производные тепловых величин по давлению. Так, имеет 244
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ
[ГЛ. .IX
., fdV \
место скачок производной ' ^jr. т. е. скачок сжимаемости тела.
Вернемся снова к рассмотренному выше воображаемому примеру перехода и отметим следующее свойство изменения симметрии при этом переходе: решетка кубической модификации обладает всеми элементами симметрии тетрагональной модификации и, сверх того, еще и рядом других элементов. В этом смысле можно сказать, что переход совершается между двумя фазами, из которых одна обладает симметрией более высокой, чем другая. Это свойство имеет в действительности общий характер и относится ко всем фазовым переходам второго рода.
Уже это обстоятельство является ограничением (в действительности не единственным) для возможности существования фазового перехода второго рода. Так, не может быть такого перехода между кристаллами кубической и гексагональной систем: об этих симметриях нельзя сказать, что одна из них выше другой (так, в первую входят оси 4-го порядка, отсутствующие во второй, но зато отсутствует ось 6-го порядка).
Можно также показать, что невозможен переход второго рода между кристаллом и жидкостью.
Направление скачка теплоемкости в точке перехода второго рода связано с направлением изменения симметрии: теплоемкость падает при переходе от менее к более симметричной фазе. В большинстве случаев более симметричной является высокотемпературная фаза, и тогда скачок теплоемкости расположен именно так, как это изображено на рис. 14. Такая температурная последовательность фаз, однако, не является обязательной. Так, сегнетова соль (NaK(C4I I4O6) -4Н20) имеет две точки перехода второго рода (при —18 С и при 23° С), между которыми ее кристаллы относятся к моноклинной системе; при температурах же вне этого интервала сегнетова соль образует ромбические кристаллы. Ясно, что переход (при повышении температуры) через верхнюю из этих точек связан с повышением симметрии, но переход через нижнюю точку — с таким же понижением симметрии.
Мы уже говорили о том, что обычные фазовые переходы часто сопровождаются явлениями перегрева или переохлаж- УПОРЯДОЧЕННОСТЬ КРИСТАЛЛОВ
245
дения, когда та или иная фаза продолжает существовать (как метастабильная) в условиях, где устойчивой является уже другая фаза. Природа этих явлений связана с необходимостью наличия «центров», на которых растет новая фаза. Очевидно, что в случае переходов второго рода такие явления исключаются, поскольку одна фаза переходит в другую непрерывным образом, сразу целиком. Это очень ясно видно и в рассмотренном примере, где переход сводился, по существу, лишь к изменению характера перемещения атомов в процессе теплового расширения.
Фазовые переходы второго рода не исчерпываются переходами между различными кристаллическими модификациями. Но всегда они связаны с появлением у тела какого-либо нового качественного свойства при непрерывном изменении состояния. Это может быть какое-то другое свойство симметрии (связанное с магнитными свойствами вещества), это может быть появление так называемой сверхпроводимости — исчезновения электрического сопротивления.
Наконец, очень своеобразный фазовый переход второго рода происходит при температуре около 2,2° К в жидком гелии. При этом переходе жидкость остается жидкостью, но она приобретает принципиально новые свойства (см. § 124). Пунктирная линия на диаграмме состояний гелия (рис. 10) как раз и разделяет области существования этих двух фаз, получивших название гелия / и гелия II.
§ 75. Упорядоченность кристаллов
Все рассмотренные в § 47 кристаллические структуры обладают тем общим свойством, что атомы каждого рода находятся в них на вполне определенных местах и, наоборот, в каждом узле решетки должен находиться атом определенного рода. Можно сказать, что число атомов каждого рода равно числу мест, имеющихся для них в кристаллической решетке.
Существуют, однако, и не обладающие этим свойством структуры. Такова, например, структура натриевой селитры (NaNO3). Не останавливаясь на ее деталях, достаточно указать, что группы NO3 в этом кристалле образуют слои, в которых атомы N расположены по вершинам правильных треугольников, а атомы О — вокруг атомов N, занимая 246
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ
[ГЛ. .IX
положения а или б (рис. 15). Возможность этих двух ориентации групп NO3 означает, что число мест, на которых могут находиться атомы О, вдвое превышает число этих атомов.
