М.И. Каганов, В.М. Цукерник - Природа магнетизма (1119321), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Основное упрощение, принятое в з — с) (>)-обь>сино>й модели, состоит в пренебрежении ролью электт>онов проводимости в обменном взаимодействии между с>- или )-электронами. Хотя использование ферромагнитных металлов было начато задолго до того, как была понята природа магнетизма, именно магнетизм металлов особенно труден для полного понимания. Эта область физики магнитных явлений акт>ивно развивается в пастоягдее время. 5 3. Переход с>пара — ферри» вЂ” один из фазовых переходов 2-го рода рис. 37. Заиисииость удсльсото объема р от даелеьии Р ори иере»оае из >азоиоа >раза> а >калило (изовражеим дю изот«рвы).
Изменение внешних условий изменяет свойства тел. Нагревая полупроводник, мы увеличиваем его проводимость, нагревание ферромагнетика уь>еньп>ает его намагниченность; сдавливая твердое тело, мы умень- шаем его объем и т. д. и т. п. 7 Примеры можно множить до бесконечности. Обычно небольшое изме> пенис внешних условий (тем> псратуры, давления) прпво- Р « - --У свойств.
Поэтому зависимость «свойства — внешнее условие» можно изобразить в виде непрерывной кривой. Примеры таких кривых мы уже видели: зависимость иамагнкчешюсти илп магнитной восприимчивости от температуры. Но иногда пеболыпое изменение внешних условии приводит к а>сатастрофичсс>о>м>> последствиям: либо одна кз характеристик тела изменяется ска п>ообразно, либо появляется свойство, которого не было. На рпс. Ву изображена зависимость удельного объема ыв газа от давлекия. 115!дно„г<О прп некотором дазлсп:и удю<ьиый Объем скачком из»<си<5»<ся. Хаз г<псврат<*'л!»! В жидкость. 1<ример ПОЯВлепнЯ (ищюзнОВСИИЯ! сВОис! *. О!и<сан Выш«и при тсмперзтуре К<Ори 7 5%5<ьлястся (исчезас!) иама!.ничещ<ость тела.
Х)р5! Т 7«иамгииичеиности нет вовсе, ист ее п в самой точке Кк<ри (консчпо, в отсутствие магнитного поля). Скачкообразиое нзмщюпие объема--пример фазового перехода 1-го рода, а появление Ою'<сзиовсиис) иамап<нченности — переход <а<арз — фсрр055 — пп<аюр фазОВОго еюрсхОда 2-!'О рОдз. Конечно, примеры ие ес-ь с!рогов определс<ще. Р)< отвлекаясь от сути изщего рассказа, дать строгое ог<оедсление фазовьж переходов 1-го и 2-го рода тгудно. 5(15! пс будем э<ого делать.
Обратим внимание только на следующий факт ска <ок есть — фазовь<й переход 1-го рода; скачка пез — фазовый переход 2.го рода. Сравнивать (есть или иет скачка), надо, естественно, однотипиыс характеристики. Например, есть ве<цсствз, у которых и определенных условиях скачком изменяется изма! иичснность — происходит магиитиыи фазовый переход 1-го рода.
Йы еще Встретимся с такой ситуацией (см. гл, 4). С другой стороны, при переходе «пара — ферро» скачком меняется теплоемкость тела. 11ри переходе же 1-го рода выделяется или поглощается тепло как при плавлении, при кит!енин (вспомните формулу Клане!!- рона — Клаузиуса(). К сожалению, ист Возможпости остзнаьливаться сколько-и!будь подробно нз всех этих очень иптерескых вопросах. й(ы уже знаем, что равновеснсе зкачение магнитного момента <яини<и<зи15)ет энсрги<о (точнее, свободи) ю энергию г) тела. Этим свойством — ьп<ки«Я!акров<ать свободную зиср! и!О . - Обладают множа хг<рзктсристики фи:<ических систем.
<1<об!!» кс оггж<ичива<ься только х<згиитными свойствами, параметр, характеризующий некоторое свойств«5 тела, обозначим буквой 51. Свободная эиергия à — функ!щи зто! О параметра: Х' = Х: (51), 11р<! фазовом переходе 1-го рода 5, ири иск«порой крит<щеской температуре Т«р имеет скагкж, а при фазовом переходе 2.го рода 5! (Т) -.==:. О при 7':=== Т„„и 51 (Т) << О при Т» (7«р, 'Х', „-точка фазов<жо перехода 2-города, если 5; <'7'„,). = О. Раги<овсскос звачсвис 51 =. —;1 (Т) находктся из „'словия мяппм) «щ :-- =-- О, (3, 121 ТХ! 11(Ы Х11ТНХ1 Поназатты Как ПГН нз11СНЕИПН ТеМГ1ератупит деформпрустся фуч1кция Т (71), тто, по сутцеству„и сл~-" .
~,1 ( 'Ее Рис, зз. Трапсфорыапия (при изменении температуры Т1 зависимости свободной знерг1.н Т от параметра 11 при фазовом переходе 1-го рода. При Т.—.. Т, зарогкдается ноаыи мнниыуы (прн т1 сс О), Прн Т, < Т< Т„р состы ю1с с т1 = 71„+ О ыетас,абнлвно, а при "Г .а Тар ста- биаым. Гкнт причинои 1разОВ(и'О пе".:,. рехода. 1(а р11с.,'й 11стка.'!-;-", пан случай фазоВОГО 1 е(ре хола 1мк рода, а на рис, :Й вЂ” фазов17гст перехода 2-го РОДЯ.
Б17ДКО, что ПРБ фа" зовом переходе 1-го рода на к;тнпоп Т вЂ”..= Т (~,') зя рс.жлается новый минимум, н пРи Т ~ Т„п Он оказывается более глубоким, чем первый. Однако длн того, чтобы попасть В пнов1тиа минимум нз астарогоз, система доллтиа преодолеть оппеделепный потеициальнык барьер — персвалить чсГЯ.'3 аГО(тбз Высо па бег 11тделяк71щтй один к1ииимхм От дпутого. Прн низких температурах такой процесс, как прявплО, очень затруднителен (сто вероятность пропорциональна е — антаг) и система 11оисст оказатьсн в переохлаитденном илп перегретом соСтоянии.
Такие со~пиния НЯЗЫВВГОТ МЕТЯСТабИЛЫПты ми. Иногда для перехода из метастабпльнОГО сОстояния в стабильное не хватает геологических эпох, и ТЕЛО уСТОйЧИВО СУЩЕС7НУЕТ В метастябильном С~стоянии (хорощим примером необычайно устойчивого метастабильного состояния слуткит алмаз, самопроизвольное превращение которого в графит никто не наОлк7дал), Т(ри 1)газовом переходе 2-го рода прк почилекип 1юпого микпмрма (нкже Тяв) ИРежкий минимрм НРВВРапваетсн В ма1 скмум (см.
рис. 39). 1хтссткен11О, никакие пере- ТЬ охлаждсгин1 кли лерегреа НСИОЗМОжнж в). 1)ся зта ьарткна, кокеч«в НО, Очень схематична Р п(зиблпзптсльпа, но качестаен- 1Ю прааильно рисуетотлк'лге ФазоВОГО пе(И1хода 2-ГО 1 т» рода о1 ф~з Восо перев~да 1-1'О рОда. 1»асхОждеи1и.' Г=:т, между ИС1кпной н уиро1цснкои картинами Осо,хнпо су1цественио и случае ;1а (кз сказагкияо нижебу,l., сл«повалил ямсти1о фазо- - "';, »Ь,Г 1И1х лореходоа 2-го рода).
Ркс. ЗЯ, 39, изобража1опц»1е Ьт ( „),, Рлс. 3(1. То жс, ~то н вв рлс, ЗЬ', УЖЕ ИХ«ЕЛИ СЛУЧай ЗВ$1Е- ...,, устой«ннов (лрн Т > Т 3 титам очень калоыикают со«со»нас с») == о прсврвн я«той 11«тгскцкаль в нсустонянвов н воянняве» (лря НОй инерГНН (у Гп' коор)и«- т «. тмз )стояннвьи' состояния — И 11«еао кать1 х, жгзаоля1о1цую исследовать услокия устойси!ВОСТ!1 тЕЛа, ДЬПЖУИГЕ1ОСЯ ВДССаЬ Оси Х. ДЛЯ ГОДДЕРжа- пкя акалогкн буяем именовать гараметр») «обобгнеккой коорднкатой», а состояние спсте11ГИ олксыьаемое пара- метр«Ха т), 1оелом». 1(зах, В точке с «обсяби(анной коорди- натой», Где Г (и) нысст Ь1ыммуви «тело» нахс:дится В устой«ньтнч кли метастаб11льисгх1 состоятпип т)то значит «НГ1ходитс»1»Р:-~тт» яка~«пт, что «тело» за счет зеило1»ого дькжекия сокерюаст ь1альге колебаппя нме1И1О 1 ") згда«а.
исходя нз в»1рв»хенн« ьг=, а(т — 7'вр)»г+- — ьн' (а, Ь -- пжяоянны«), в»Г лнлнтс И и локыянгв, ао лрл Ь:» 0 гвв ф)ляс1ля олнсыввст фазовый лсрсход тио родя (л, Д. лвю1вт, (Ч37 Г,). ОВЯЯО тв ЛЯ(гнк«ГРМ а, Т«л Я и С ВСЛВЯНЫВИН, ХВР»ят«РН. зуюа„лнн лврвхоа «лярв — ~.'рро», $15 вокруг этой то гки. (Чтобы было совсем ясно, представьте себе неподвижно висящин маятник, колеблющийся под ударами молекул окружаюшего его воздуха.
Лаже если ~включить маятник в футляр и выкачать воздух из футляра, маятник будет колебаться, так как хаотическое тепловое движение составлгиогдих его атомов будет из«рекать положение его центра тяжести.) Амплитуда колебаний «тела» зависит от крутизны кривой Г (т)) в точке равновесия е). А теперь всмотритесь в рис. 39.
Кривая Š—" Е («1) на этом рисунке (при Т =- Т„р) очень уплощен- 4 ная, ведь при бесконечно малом изменении температуры она должна превратиться в кривую с максимумом н двумя ншнимумами **). Ясно, что прн Т = — Тяр амплитуда колебаний велика. Учесть их оказалось очень сложной задачей. Только в самые последние годы физики получили уверенность, что опи умеют с большой степенью точности описывать свойства физических систем в непосредственной близости от точки фазового перехода 2-го рода.
Для этого, как б пн странно, понадобилось рассматривать свойства физических систем, существууощнх (на бумаге, конечно) в пространствах с дробной размерностью (наш мнр трехмерен, плоскость — двумерное пропранство, липин — одномерное ...). Если изменение параметра т) описывает фазовый переход 2-го рода, то часто его называют параметром порядка.
В случае перехода «пара — ферро» причина этого названия очевидна: мапштный момент я» есть мера упорядочения атомных спипов. Приведем еше один пример фазового перехода 2-го рода: упорядочение сплава Сг12п. На рис. 40 показана кристаллическая решетка этого сплава. При высоких температурах атомы Си и Хп распределены беспорядочно — с равной вероятностью (равной, естественно, 1 12) опи занимают любые узлы кристаллнческой решетки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
