Критические Явления

Особенности в поведении в-ва, наблюдаемые вблизи критич. Точек однокомпонентных систем и р-ров (см. Критическое состояние), а также вблизи точек фазовых переходовII рода. Важнейшие К. Я. В окрестности критич. Точки равновесия жидкость - газ. Увеличение сжимаемости в-ва, аномально большое поглощение звука, резкое увеличение рассеяния света (т. Наз. Критич. Опалесценция), рентгеновских лучей, потоков нейтронов. Изменение характера броуновского движения. Аномалии вязкости, теплопроводности и др. В окрестности Кюри точки у ферромагнетиков и сегнетоэлектриков наблюдается аномальное возрастание магн. Восприимчивости или диэлектрич. Проницаемости соотв., вблизи критич. Точек р-ров - замедление взаимной диффузии компонентов. К. Я. Могут наблюдаться и вблизи точек т.

Наз. Слабых фазовых переходов I рода, где скачки энтропии и плотности очень малы и переход, т. Обр., близок к фазовому переходу II рода, напр. При переходе изотропной жидкости в нематич. Жидкий кристалл. Во всех случаях при К. Я. Наблюдается аномалия теплоемкости. К. Я. Оказывают влияние и на кинетику хим. Процессов вблизи критич. Значений параметров состояния. В частности, скорость гетерог. Р-ций в диффузионной области протекания перестает зависеть от состава системы. Скорость бимолекулярных р-ций с малой энергией активации вблизи критич. Точки резко замедляется. Эксперим. Исследование К. Я. Сильно затруднено из-за того, что вблизи критич. Состояния система чрезвычайно чувствительна к внеш. Воздействиям. Характер критич. Аномалий искажается в результате гравитации (гидростатич.

Градиент давления приводит к заметной неоднородности плотности вблизи критич. Точки жидкости), температурной неоднородности (тепловое равновесие не устанавливается в течение мн. Часов или даже суток), наличия примесей. Совр. Флуктуац. Теория К. Я. Рассматривает их с единой точки зрения как кооперативные явления, обусловленные св-вами всей совокупности частиц. У всех объектов существуют физ. Св-ва, температурная зависимость к-рых вблизи точек переходов разл. Природы одинакова или почти одинакова. Это - т. Наз. Параметры порядка, флуктуации к-рых вблизи точек переходов аномально растут. Для чистых жидкостей таким параметром является плотность. Для р-ров, в т. Ч. Полимерных и мицеллярных, - состав. Для ферромагнетиков и сегнетоэлектриков - намагниченность и поляризация соотв.

Для смектич. Жидких кристаллов - амплитуда волны плотности и т. П. Предполагается, что тсрмодинамич. Ф-ции в-ва вблизи его критич. Точки одинаковым образом зависят от т-ры и параметра порядка при соответствующем выборе термодинамич. Переменных (т. Наз. Изоморфность К. Я.). Эксперим. Переменные могут не совпадать с изоморфными, тогда характер критич. Аномалий меняется. Гипотеза изоморфности К. Я. Позволяет описать св-ва сложного объекта вблизи критич. Точки, напр. Многокомпонентного р-ра, на языке простой ("идеальной") системы. Для такой системы зависимости разных св-в от величины t=(Т-T к)//T к, где Т - т-ра, Т к - критич. Т-ра, и от параметра порядка имеют вид степенных ф-ций, причем показатели степени, определяемые экспериментально, одинаковы или очень близки для разл.

Систем. Они наз. Критич. Показателями. Классич. Теория К. Я. Восходит к Дж. Гиббсу и Я. Вандер-Ваальсу. В наиб. Общей формулировке термодинамич. Потенциалы предполагаются аналит. Ф-циями и м. Б. Представлены разложением в ряд по степеням параметра порядка (разложение Ландау). Флуктуации предполагаются малыми, поэтому их учет не меняет характера критич. Аномалий термодинамич. И кинетич. Величин, возникают лишь малые поправки. Для нек-рых объектов, напр. Сверхпроводников и сегнетоэлектриков, в экспериментально достижимой окрестности фазового перехода К. Я. Хорошо описываются классич. Теорией, т. Е. Флуктуации параметра порядка не оказывают существ. Влияния на характер критич. Аномалий. Это связано с особенностями межмол. Взаимодействия. Если оно проявляется на расстояниях, существенно превышающих среднее расстояние между частицами, то установившееся в в-ве среднее силовое поле почти не искажается флуктуациями и К.

Я. Обнаруживаются лишь вблизи точки перехода. Если же силы взаимод. Достаточно быстро убывают с расстоянием, флуктуации играют значит. Роль, К. Я. Возникают задолго до подхода к критич. Точке и не описываются классич. Теорией. К. Я. Носят классич., не-флуктуационный характер и в т. Наз. Трикритич. Точке на диаграмме состояния, где линия фазовых переходов I рода переходит в линию фазовых переходов II рода, напр. В трикритич. Точке l-переходов в р-ре 3 НеЧ 4 Не. Флуктуац. Теория К. Я. Базируется на гипотезе масштабной инвариантности (скейлинг), осн. Положение к-рой состоит в том, что флуктуации параметра порядка (плотности, концентрации, намагниченности и т. П.) вблизи критич. Точки велики. Радиус корреляции r с (величина, близкая по смыслу к среднему размеру флуктуации, единств.

Характерный масштаб в системе) значительно превосходит среднее расстояние между частицами. Можно сказать, что в-во в критич. Области по своей структуре - это "газ", состоящий из капель, размер к-рых r с растет по мере приближения к критич. Точке. В критич. Точке радиус корреляции становится бесконечно большим. Это означает, что любая часть в-ва в точке перехода "чувствует" изменения, произошедшие в остальных частях. Наоборот, вдали от критич. Точки флуктуации статистически независимы и случайные изменения состояния в данной части не сказываются на св-вах системы в др. Ее частях. Наглядным примером может служить критич. Опалесценция. В случае рассеяния на независимых флуктуациях (т. Наз. Рэлеевское рассеяние) интенсивность рассеянного света I~1/l4 (l - длина волны света) и имеет симметричное распределение в пространстве.

При критич. Опалесценции I~1/l2 и имеет распределение, вытянутое в направлении падающего света. Гипотеза масштабной инвариантности устанавливает универсальные соотношения между критич. Показателями, так что лишь два показателя остаются независимыми. Эти соотношения позволяют определить уравнение состояния и вычислить затем разл. Термодинамич. Величины по сравнительно небольшому эксперим. Материалу. Наиб. Распространение получила т. Наз. Линейная модель ур-ния состояния, содержащая лишь два параметра, определяемых экспериментально, помимо критич. Параметров в-ва. Численные значения критич. Показателей зависят от размерности пространства и от характера симметрии параметра порядка. Напр., если параметр порядка - скаляр (плотность, концентрация) или одномерный вектор (намагниченность анизотропного ферромагнетика), то К.

Я. В таких системах характеризуются одинаковыми критич. Показателями, т. Е. Входят в один и тот же класс универсальности. Гипотеза масштабной инвариантности обобщается и на кинетич. Явления (динамич. Скейлинг). Предполагается, что вблизи критич. Точки кроме характерного размера r с существует также характерное время t с - время релаксации критич. Флуктуации, растущее по мере приближения к точке перехода. На расстояниях порядка r с t с=rc2/D, где D - кинетич. Характеристика, имеющая разл. Смысл для фазовых переходов разной природы. Так, для критич. Точки жидкость - газ D - коэф. Температуропроводности, в р-рах D - коэф. Взаимной диффузии компонентов. Для всех жидкостей и р-ров D определяется по ф-ле Стокса-Эйнштейна. D=kТ/6phrc, где k - постоянная Больцмана, h- сдвиговая вязкость.

Отсюда следует, что в критич. Точке (r с::) D:0, а t с. С уменьшением коэф. D и ростом t с связано аномальное сужение полосы мол. Рассеяния света и аномальное поглощение звука вблизи критич. Точек жидкостей и р-ров. Изменение т-ры в звуковой волне приводит к отклонению ф-ции распределения флуктуации от ее равновесного значения. Релаксация ф-ции распределения к равновесному значению происходит по диффузионному механизму, т. Е. Является диссипативным процессом. При частоте звука, сравнимой с обратным временем релаксации tc-1, звук практически полностью затухает, пройдя расстояние, равное всего неск. Длинам волн. Кинетич. Масштабная инвариантность объясняет также экспериментально наблюдаемое бесконечное увеличение коэф. Теплопроводности и сдвиговой вязкости в критич.

Точках жидкостей. Лит. Фишер М., Природа критического состояния, пер. С англ., М., 1986. МаШ., Современная теория критических явлений, пер. С англ., М., 1980. Паташинский А. З., Покровский В. Л., Флуктуационная теория фазовых переходов, 2 изд., М., 1982. Анисимов М. А., Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах, М., 1987. М. А. Анисимов.