Флуктуации.Фазовый переход I-рода.
   Основные понятия
- Фазовый переход I-го рода – это фазовые превращения, при которых плотность вещества, термодинамические потенциалы, энтропия меняются скачком, выделяется или поглощается теплота фазового перехода.
- Фазовый переход II-го рода – это фазовые переходы, которые происходят без терлообмена.
- Флуктуации- это случайные отклонения значений какой – либо физической величины ч от ее среднего значения.
   Законы, принципы и соотношения
- Абсолютной флуктуацией называется величина
- Относительной флуктуацией называется величина
Флуктуации
В системах, состоящих из сравнительно небольшого числа частиц, возможны значительные отклонения некоторых физических величин, характеризующих системы, от их средних значений. Такие отклонения называются флуктуациями физических величин. Например, в сильно разреженных газах плотность в различных местах объема газа может отличаться от средней плотности, соответствующей равновесному состоянию при определенных р и Т. Точно так же могут наблюдаться случайные отклонения температуры T, давления р и других физических величин.
Если М есть истинное значение физической величины, а <М> - ее среднее значение, то величина ΔМ, равная ΔМ=M-<М> и ее среднее значение <ΔМ>= < M-<М>> не могут быть мерами флуктуации величины М. Величина ΔМ не постоянна во времени, а величина <ΔМ>=-<М>=0. (Здесь использовано утверждение, что среднее значение от постоянной величины <М> совпадает с самой величиной).
Последнее равенство вытекает из того, что отклонения величины М от <М> происходят в обе стороны - в сторону значений больших среднего и меньших среднего одинаково часто.
Мерой флуктуации физической величины М является средняя величина квадрата разности ΔМ, которая называется квадратичной флуктуацией,
<(ΔM)2>=<(M - < M >)2> = < M 2>-(< M >)2.
Последнее равенство, вытекающее из правил алгебраических действий со средними величинами, подчеркивает, что среднее значение квадрата величины <М2> не следует смешивать с квадратом среднего значения величины (<М>)2.
Квадратичная флуктуация существенно положительна либо равна нулю:<(ΔM)2>>=0.
Абсолютной флуктуацией называется величина также характеризующая отклонения М от <М>. Малость абсолютной флуктуации означает, что большие отклонения М от <М> происходят весьма редко.
Относительной флуктуацией называется отношение абсолютной флуктуации к среднему значению <М> физической величины:
Относительные флуктуации концентрации частиц (или плотности) газа, его давления и температуры тем меньше, чем большее число N молекул газа находится в сосуде:
При N=NA - постоянной Авогадро имеют величины порядка 10-14.
Если имеется система, состоящая из N независимых частей, то относительная флуктуация любой аддитивной функции состояния системы обратно пропорциональна корню квадратному из N:
Примеры флуктуации физических величин. Пример 1. При измерении температуры с помощью газового термометра, наполненного идеальным газом , показания .термометра не остаются постоянными вследствие флуктуации температуры. Измеряемые термометром изменения температуры не могут быть меньше, чем абсолютная флуктуация показания прибора, равная
Абсолютную флуктуацию можно найти по формуле :.
Таким образом,.
Если в газовом термометре содержится 10-8 моля, т. е. N= 6,02*1015, то минимальное изменение температуры Δt, которое может быть обнаружено прибором, составит по порядку величины Δt10-10 < T >. Эта величина и указывает предел чувствительности газового термометра.
Реальные изменения температур, которые обычно встречаютсяв эксперименте, несоизмеримо больше, чем Δt.
Фазовые переходы. Диаграмма состояний.
Различают фазовые переходы 1-го и 2-го рода. Первые сопровождаются теплотой перехода.
Это то оличество теплоты, которое необходимо сообщить веществу,
чтобы изотермически-изобарически перевести его из одной фазы в
другую. Этот процесс характеризуют удельной
1) теплотой испарения (конденсации) q12, Дж/кг;
2) теплотой плавления (кристаллизации) qпл, Дж/кг.
Заметим, что теплоту испарения твердого тела называют
теплотой сублимации.
Фазовые же переходы 2-го рода происходят без теплообмена.
Это, например, изменение кристаллической модификации, переход в сверхпроводящее состояние, в сверхтекучее состояние у
жидкого гелия, переход ферромагнетизма в парамагнетизм.
По этой теме:
|