Transició de fase

De Viquipèdia
Salta a: navegació, cerca

En termodinàmica, una transició de fase és la transformació d'un sistema termodinàmic d'una fase a una altra. Un exemple són els canvis d'estat (transicions entre els estats d'agregació de la matèria), encara que el concepte també es refereix a qualsevol altra transformació entre fases.

Exemples de transicions de fase[modifica]

Fonaments[modifica]

Els sistemes termodinàmics estan caracteritzats, entre altres paràmetres, per un paràmetre d'ordre. Aquest paràmetre d'ordre depèn de diversos factors. Per exemple, per regla general, augmenta (sistema més ordenat) a mesura que descendeix la temperatura. Aquesta dependència és deguda al fet que les forces de cohesió prevalen sobre el moviment tèrmic, a mesura que aquest disminueix.

En l'equilibri cada fase té unes propietats termodinàmiques definides, com el paràmetre d'ordre. En la coexistència, les fases poden intercanviar energia i matèria, per la qual cosa en l'equilibri els potencials químics de les diferents fases són iguals. Per tant, en una transició de fase han de canviar contínuament tant el potencial de Gibbs G, com .

Relació amb la grandària del sistema[modifica]

Les transicions de fase ocorren quan l'energia lliure d'un sistema no és una funció analítica, en relació a algunes variables termodinàmiques. Això succeeix en sistemes amb un gran nombre de partícules.

Classificació[modifica]

Les transicions es classifiquen segons la continuïtat de les derivades del potencial de Gibbs G:

Transicions de fase de primer ordre: La primera derivada de G és discontínua. Solen caracteritzar-se per l'existència de calor latent: En la transició, el sistema absorbeix o allibera una quantitat d'energia proporcional a la seva mida. Durant aquest procés, la temperatura del sistema roman constant malgrat la transmissió de calor. Com l'energia no es pot transmetre instantàniament, durant la transició coexisteixen regions o dominis amb diferents fases.

Per a valors dels paràmetres suficientment propers a la coexistència de fases, l'energia interna G respecte a un paràmetre no natural presenta dos mínims: un de global que caracteritza l'estat estable, i un altre de local que caracteritza un estat metastable. El sistema en equilibri es troba en l'estat estable, però una pertorbació suficient pot dur un subsistema a l'estat metastable. No obstant això, una pertorbació menor el retornarà l'estat estable. En la coexistència de fases, els dos mínims tenen el mateix valor. A cada mínim li correspon un valor determinat del paràmetre d'ordre, per això la coexistència de fases.

Exemple de transicions de primer ordre són els canvis d'estat: L'evaporació, liqüefacció, fusió, ebullició o la sublimació.

Transicions de fase d'ordre superior o contínues: La primera derivada de G és contínua. No tenen associat una calor latent. En les transicions de segon ordre la segona derivada de G és discontínua.

Exemples d'ordre superior són la transició ferromagnètica-paramagnética o la condensació de Bose-Einstein.

Punt crític[modifica]

El pas d'una transició d'un ordre a un altre pot tenir lloc en un sistema, això es produeix en el punt crític. Per exemple, en relació als estats d'agregació de la matèria, per a un sistema donat, hi ha una combinació de valors de pressió i temperatura (anomenada punt crític), a partir de la qual la transició de líquid a gas passa a ser una transició de segon ordre. En aquest punt, les densitats del líquid i del gas s'igualen.

Vegeu també[modifica]

Referències[modifica]

  • Anderson, P.W., Basic Notions of Condensed Matter Physics, Perseus Publishing (1997).
  • Goldenfeld, N., Lectures on Phase Transitions and the Renormalization Group, Perseus Publishing (1992).
  • Krieger, Martin H., Constitutions of matter : mathematically modelling the most everyday of physical phenomena, University of Chicago Press, 1996.
  • Landau, L.D. and Lifshitz, I.M., Statistical Physics Part 1, vol. 5 of Course of Theoretical Physics, Pergamon, 3rd Ed. (1994). En castellà editat per Reverté.
  • Kleinert, H., Critical Properties of φ4-Theories, World Scientific (Singapore, 2001); Paperback ISBN 981-02-4659-5 (readable online here).
  • Kleinert, H. and Verena Schulte-Frohlinde, Gauge Fields in Condensed Matter, Vol. I, "SUPERFLOW AND VORTEX LINES; Disorder Fields, Phase Transitions,", pàg. 1--742, World Scientific (Singapore, 1989); Paperback ISBN 9971-5-0210-0 (readable online here)