15 Фазові переходи першого і другогороду. Правило гібса. Діаграми стану.

Фа́зовий перехі́д у фізиці означає таку трансформацію внутрішньої структури речовин, при якій відбувається різкий стрибок певної фізичної характеристики системи, викликаний малою зміною іншої характеристики. Розрізняють фазові переходи першого і другого роду.

[Ред.]Класифікація

При фазових переходах першого роду поглинається або виділяється прихована теплота. Фазові переходи другого роду відбуваються без поглинання чи виділення тепла. Така сучасна класифікація дещо відрізняється від класифікації Еренфеста, який назвав фазовими переходами першого роду переходи, при яких стрибком міняються перші похідні від вільної енергії, а фазовими переходами другого роду ті, при яких стрибком міняються, відповідно другі похідні від вільної енергії. Інші, відмінні від вільної енергії термодинамічні потенціали, наприклад, внутрішня енергія або ентальпія при фазових переходах першого роду міняються стрибком. Недоліком класифікації Еренфеста є те, що при деяких фазових переходах похідні від вільної енергії прямують до нескінченності, наприклад теплоємність при фазовому переході до феромагнітного стану.

[Ред.]Приклади

Прикладами фазових переходів є:

• зміна агрегатного стану (випаровування, сублімація і т.п.)

• перехід речовини до стану надплинності

• перехід до надпровідності

• перехід між феромагнетиком і парамагнетиком, сегнетоелектриком і діелектриком.

• перехід між рідкокристалічною фазою і фазою звичайної ізотропної рідини.

Абстрактного автомата граф (діаграма станів, англ. statechart) — спрямований граф, вершинам якого відповідають станиавтомата, а дугам — вхідні сигнали. Якщо вхідний сигнал x_i спричиняє перехід автомата зі стану a_j в стан a_k, то на графі цьому факту відповідає дуга, позначена символом x_i, яка з'єднує вершину a_j з a_k. Такий граф задає функцію переходів автомата. Для визначення функції виходів, дуги цього графа позначаються ще й відповідними вихідними сигналами. Визначення автомата за допомогою його графа є особливо наочним за умов невеликої кількості станів.

[Ред.]Діаграми Хареля

Діаграми станів Хареля (англ. David Harel^[1] стають дедалі популярнішими після того, як варіант цих діаграм став частиною Unified Modeling Language. Цей вид діаграм дозволяє моделювання надстанів, ортогональних регіонів, та діяльності як складової стану.

Класичні діаграми станів вимагають створення окремих вершин для кожної допустимої комбінації параметрів, що визначають стан. Це може призводити до необхідності введення великої кількості вершин та переходів між ними для систем складніших за найпростіші. Така складність ускладнює перегляд та розуміння діаграми. Діаграми Хареля дозволяють моделювання багатьох автоматів з перетином функцій на одній діаграмі. Кожен з відокремлених автоматів може виконувати внутрішні переходи не впливаючи на інші автомати на діаграмі. Стан кожного з відокремленого автомата на діаграмі визначає стан системи. Діаграма Хареля еквівалентна діаграмі станів але полегшує перегляд та розуміння отриманих діаграм.

ГИ́ББСА ПРА́ВИЛО ФАЗ, закон термодинамики многофазных многокомпонентных систем, согласно которому число фаз, сосуществующих в равновесии, не превосходит числа независимых компонентов более чем на 2. Установлено Дж. У. Гиббсом в 1875.

Правило фаз Гиббса определяет соотношение между числом фаз (Ф), компонентов (К), внешних переменных (П) и числом степеней свободы или вариантности (С) термодинамической системы, находящейся в равновесии и записывается следующим образом:

С = К + 2 – Ф;

Цифра 2 в правиле фаз связана с существованием 2-х переменных (температуры и давления), одинаковых для всех фаз. Например, правило фаз Гиббса для постоянного давления запишется как:

С = К +1 – Ф

В этом виде правило фаз применяется для анализа диаграмм фазового равновесия. В случае С = 0 систему принято называть нонвариантной. Она может существовать только при неизменных условиях. Изменение хотя бы одного из параметров системы вызовет изменение числа сосуществующих в системе фаз. При С = 1 система моновариантна. В этом случае только один параметр может быть изменен без одновременного изменения числа фаз; при С = 2 система дивариантна и т. д.

Правило фаз справедливо, если фазы однородны во всем объеме, имеют достаточно большие размеры и отсутствуют полупроницаемые перегородки. Если в системе не происходит химических превращений, то число независимых компонентов равно числу простых веществ, из которых состоит смесь. Если в системе возможны химические взаимодействия, то условия равновесия включают уравнения химических реакций.

Правило фаз Гиббса является основой физико-химического анализа сложных систем, используется для классификации различных случаев химического равновесия.