6. Дайте представление о фазовых переходах, приведите примеры фазовых переходов разных типов (родов). Что за явления - сверхтекучесть и сверхпроводимость?

Фазами называют различные однородные части физико-химических систем. Однородным является вещество, когда все параметры вещества одинаковы во всех его элементарных объемах, размеры которых велики по сравнению с межатомными состояниями. Смеси различных газов всегда составляют одну фазу, если во всем объеме они находятся в одинаковых концепциях. Одно и то же вещество в зависимости от внешних условий может быть в одном из трех агрегатных состояний - жидком, твердом или газообразном. В зависимости от внешних условий система может находиться в равновесии либо в одной фазе, либо сразу в нескольких фазах.

В окружающей нас природе мы особенно часто наблюдаем фазовые переходы воды. При переходе воды в пар происходит сначала испарение - переход поверхностного слоя жидкости в пар, при этом в пар переходят только самые быстрые молекулы: они должны преодолеть притяжение окружающих молекул, поэтому уменьшаются их средняя кинетическая энергия и, соответственно, температура жидкости. наблюдается в быту и обратный процесс - конденсация.

Во время фазового перехода температура не меняется, но меняется объем системы. Фазовые переходы бывают нескольких родов.

Изменения агрегатных состояний вещества называются фазовыми переходами 1-го рода, если:

1) температура постоянна во время всего перехода;

2) меняется объем системы;

3) меняется энтропия системы.

Чтобы произошел такой фазовый переход, нужно данной массе вещества сообщить определенное количество тепла, соответствующего скрытой теплоте превращения.

Фазовые переходы 2-го , 3-го и т.д. родов связаны с порядком тех производных термодинамического потенциала, которые испытывают конечные изменения в точке перехода.

Явление о сверхтекучести, открытое Капицей наблюдали и раньше, отмечая странное поведения гелия при температуре около 2К, но только он подробно исследовал и описал его.

Атомы сверхтекучего гелия ведут себя согласованно, как единое целое, беспорядка в этой системе нет, энтропия равна нулю. Невозможно сообщить какой-то части сверхтекучего гелия тепло - все его атомы одинаковы подтверждены воздействию. Невозможен и обмен энергией между атомами - все они в наинизшем состоянии, и вязкость среды равна нулю.

Исследования в области низких температур, первоначально имевшие чисто практическую направленность, привели к многим крупным открытиям. В 1911 г. Камерлинг-Оннес обнаружил, что при температуре 7,2К сопротивление свинцового проводника внезапно снизилось в миллионы раз и практически исчезло. Это странное явление получило название сверхпроводимости. В одном из экспериментов в сделанном из чистого свинца кольце был наведен ток в несколько сотен ампер. Через год оказалось, что ток все еще продолжает идти в кольце, и величина его не изменилась, т.е. сопротивление винца было равно нулю Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2000. С. 359-363..