מעבר פאזה
מעבר פאזה הוא שם כולל לתופעות פיזיקליות רבות בהן חומר עובר מפאזה (מצב) אחת לאחרת כתוצאה משינוי של פרמטר פיזיקלי. לדוגמה, מעבר ממצב צבירה (שהוא פאזה של החומר) אחד לאחר כתוצאה משינוי הטמפרטורה. כתוצאה ממעבר פאזה, שינוי קטן באותו פרמטר גורם לשינויים גדולים בתכונות החומר.
לדוגמה, כאשר מחממים מים בלחץ אטמוספירי הם עוברים מעבר פאזה בטמפרטורה 0 מעלות צלזיוס, שבה הם הופכים ממוצק לנוזל, ומעבר פאזה נוסף מתרחש בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס שבה הם הופכים מנוזל לגז, ובטמפרטורות גבוהות אף יותר הם הופכים לפלזמה. דוגמאות נוספות למעברי פאזה הם המעברים בין נוזל לנוזל-על, בין מוליך למוליך-על, בין גז לעיבוי בוז-איינשטיין, מגנטיזציה, ועוד.
דיאגרמת פאזות או תרשים פאזות הם תרשים המתאר את גבולות תחומי הפאזות השונות בתלות בפרמטרים של המערכת (לדוגמה, טמפרטורה ולחץ במקרה של אידוי מים) .
סיווג מעברי פאזה
ההגדרה הפורמלית של מעבר פאזה, היא נקודה שבה תכונות החומר מתנהגות בצורה לא רציפה כתלות בפרמטר פיזיקלי כלשהו – הנקרא המשתנה התרמודינמי. לדוגמה עבור מים, בטמפרטורה של 0 מעלות ישנה קפיצה בקיבול החום, כאשר המשתנה התרמודינמי במקרה זה הוא הטמפרטורה.
על פי סיווג ארנפסט, מעברי פאזה מסווגים לאחד משני סדרים: מעבר הוא מסדר ראשון אם קיימת חוסר רציפות בנגזרת הראשונה של האנרגיה החופשית כפונקציה של המשתנה התרמודינמי בנקודת המעבר (לדוגמה: חוסר רציפות באנטרופיה שהיא נגזרת של פונקציית גיבס לפי הטמפרטורה במעבר בין מוצק לנוזל). מעבר מכונה מעבר מסדר שני אם קיימת חוסר רציפות בנגזרת השנייה של האנרגיה החופשית כפונקציה של המשתנה התרמודינמי ורציפות בנגזרת הראשונה בנקודת המעבר (לדוגמה: חוסר רציפות במקדם הדיאלקטרי). מנקודת מבט מתמטית, מעברי פאזה מתרחשים רק בגבול התרמודינמי, כלומר במערכות עם מספר אין סופי של חלקיקים.
סיווג ארנפסט אינו מדויק כיוון שאינו לוקח בחשבון התבדרות של נגזרות של האנרגיה החופשית בנקודת מעבר הפאזה.
הסיווג המודרני מסווג מעברים כמעברים מסדר ראשון כאשר במעבר כרוך חום כמוס, שהוא הפרש אנרגיה בין הפאזות (לדוגמה במעבר מוצק-נוזל), ומסווג מעברים כמעברים מסדר שני כאשר אין חום כמוס במעבר (למשל מעבר מוליך-מוליך על במוליכי על מהסוג השני).
אם שינוי משתנה תרמודינמי גורם למעבר פאזה מסדר שני, נקודת המעבר נקראת נקודה קריטית.
פרקולציה כמעבר פאזה
מעבר פאזה גאומטרי (ללא טמפרטורה) הוא מודל הפרקולציה. פרקולציה היא חלחול, ובהקשר של מעבר פאזה ניתן ליישם גם כן את המושג. לדוגמה, בחומר בעל שתי פאזות, אחת הפאזות היא בצבירים קטנים, והשנייה ממלאת את רוב הגביש. כאשר ריכוז הפאזה הקטנה עולה מעל לריכוז קריטי, שבו נוצרים גושים מחוברים ברובם (הפאזה "מחלחלת"), מתרחש לרוב מעבר פאזה בחומר ותכונותיו משתנות באופן חד. נדגים את המודל בסריג רבועי. בוחרים באופן אקראי אתרים בסריג. הם נחשבים תפוסים בסיכוי וריקים בסיכוי . ב- מעל לסיכוי קריטי נוצר צביר ענק (בסדר גודל של הסריג כולו) ואילו ב-p מתחת לריכוז הקריטי נוצרים רק צבירים קטנים. תופעה זו היא מעבר פאזה סדר-אי סדר.
שמות מעברי פאזה
הטבלה הבאה מסכמת את מעברי הפאזה:
| למוצק | לנוזל | לגז | לפלזמה | |
| ממוצק | התכה (או היתוך) | המראה (סובלימציה) | ||
| מנוזל | קפיאה (או קיפאון) וכן התמצקות | התאיידות (נידוף) או רתיחה או דיות | ||
| מגז | ריבוץ (דפוזיציה) | עיבוי | יינון | |
| מפלזמה | רקומבינציה |
ראו גם
קישורים חיצוניים
- פרקולציה באתר בשביל המדע
- שינוי מצב צבירה (מעברי פאזה), שיעור אינטראקטיבי באתר לרגו.
מעבר פאזות (פיזיקה סטטיסטית), דף שער בספרייה הלאומית
38760564מעבר פאזה