Teoria przejść fazowych: Różnice pomiędzy wersjami

'''Teoria przejść fazowych''' to dziedzina [[fizyka|fizyki]] znajdująca się na pograniczu dziedzin takich jak [[Termodynamika klasyczna|termodynamika fenomenologiczna]], [[fizyka materiałowa]], [[chemia fizyczna]], [[teoria pola]]. Jest to dziedzina zajmująca się doświadczalnym i teoretycznym opisem tak zwanych '''zjawisk krytycznych''' zachodzących podczas [[faza (fizyka)|przejść fazowych]]. Zjawiska te maja swoja wyraźną i zaskakującą specyfikę, zaś dla opisu wymagają rozwinięcia swoistych narzędzi matematycznych jak [[renormalizacja|teoria grupy renormalizacji]]. Także badania doświadczalne przejść fazowych wobec wielkiej czułości tych zjawisk na stan otoczenia wymagaja specyficznego podejścia w planowaniu eksperymentów i ich przeprowadzaniu. Podstawową zasadą która konstytuuje tą dziedzinę fizyki jako samodzielny obszar badawczy jest fakt, że '''zupełnie różne substancje przejawiaja w ramach [[zjawisko|zjawisk]] towarzyszących przejściom fazowym takie samo zachowanie''' co jest treścia '''hipotezy uniwersalności''' opisu przejść fazowych. W szczególności uniwersalne czyli niezależne od materiału w którym dochodzi do przejścia fazowego są '''wykładniki krytyczne''' czyli stopnie nieciągłości pochodnych funkcji stanu materiału. Wynika z tego, że w analizie przejść fazowych zupełnie nie maja znaczenia szczegóły budowy substancji, jej skład chemiczny czy nawet detale dotyczące oddziaływan pomiędzy róznymi mikroskopowymi fragmentami układu.

Fenomenologiczny opis własności termodynamicznych układu rozpoczyna się zwykle od podania funkcjonału energii swobodnej układu G. Postac tej funkcji dla skomplikowanego układu termodynamicznego jest w teorii wynikiem uśrednienia przeprowadzonego dla skal mikroskopowych w ramach opisu układu za pomocą zespołów statystycznych. Jednak w praktyce funkcjonał G konstruje się w oparciu o zasady symetrii. Aby podać jego jawna postać należy wybrać zmienną dynamiczną która będzie opisywała zachowanie się układu. W ramach teorii przejść fazowych typowym wyborem, jest tak zwany '''parametr porządku''' który wybieramy w taki sposób aby w fazie o większej entropii miał niższe wartości niż w fazie o [[entropia|entropii]] większej. I tak dla układów magnetycznych (na przykład ferromagnetyka) typowym wyborem jest średnia magnetyzacha na jednostkę objętości. Dla ukłądów cieczowych (na przykład podczas analizy krzepnięcia - topienia) typowym i naturalnym wyborem jest średnia gęstość cieczy. Dla nadprzewodników parametrem porządku jest [[funkcja falowa]] [[Para Coopera|pary Coopera]], co prowadzi do wielkości zespolonej o dwu składowych rzeczywistych, zaś dla na przykład ciekłych kryształów cholesterolowych mamy do czynienia z tensorowym parametrem porządku opisującym skręcenie direktorów w płaszczyznach przejawiających uporządkowanie typu [[faza nematyczna|nematycznego]].

Energia swobodna G jest [[funkcja ciągła|ciągłą funkcja]] parametrów w niej wystepujących to jest parametru porządku, pól zewnętrznych i temperatury. Jak się jednak okazuje w punkcie przejścia fazowego ma ona nieokreśloną pochodną, czyli sama funkcja G posiada punkt osobliwy w postaci np. ostrza. Zwykle przejścia fazowe analizuje sie w funkcji temperatury, jest to jednak modelowe uproszczenie. Role parametru kontrolnego może pełnić bowiem zarówno [[temperatura]] jak [[pole magnetyczne]], [[stężenie]] składników i inne.

*'''przejścia fazowe nieciągłe''' - kiedy pochodna energii swobodnej G jest nieciągła ( doznaje skoku) zaś sama funkcja G ma osobliwość w postaci ostrza. Dla fazy o wyższym parametrze porządku minimum G jest realizowane za pomoca innej gałęzi krzywej G niż dla fazy o niższych wartościach tego parametru. Obie gałęzie sa zszyte w punkcie przejścia fazowego tworząc ostrze. Ponieważ pochodna funkcjonału G przy zmianie temperatury to ciepło właściwe, mamy zatem doczynienia z nieciągłościa tej wielkości co oznacza, że w trakcie przejścia następuje wydzielanie się energii, tak zwanego utajonego ciepła przejścia. Typowymi przykładami takich pzrejść są zjawiska związane z topnieniem czy krzepnięciem substancji, zjawiska parowania, wrzenia itp. Także przejścia fazowe [[ferromagnetyk]] - paramagnetyk w obecności zewnętrznego pola magnetycznego są przejściami tego rodzaju.