Transición de fase

Transición de fase
thermodynamic process path ^(en) , Cambéu d'estáu, transformación ^(es) y threshold effect ^(en)

En termodinámica, una transición de fase ye'l tresformamientu d'un sistema termodinámicu d'una fase a otra. Un exemplu son los cambeos d'estáu (transiciones ente los estaos d'agregamientu de la materia), anque'l conceutu tamién se refier a cualesquier otru tresformamientu ente fases.

Exemplos de transiciones de fase

• Cambeos d'estáu: Transiciones ente los estaos d'agregamientu de la materia: sólidu, líquidu, gas y plasma, nuna sustancia.
• Un tresformamientu eutéctica, na que los dos componentes del amiestu camuden d'estáu d'agregamientu.
• La transición ente les fases ferromagnética y paramagnética.
• L'apaición de superconductividá en dellos metales, per debaxo de la temperatura crítico.
• La transición ente delles estructures moleculares, o ente delles estructures cristalográfiques.
• La condensación de Bose-Einstein.
• Nos primeros intres del universu, rotura de simetríes nes lleis físiques conforme esfrezse l'universu:
  • Rotura de la gran unificación.
  • Separación fuercia débil-fuercia electromagnético.
• Nel universu primitivu:
  • Desacople de los neutrinos.
  • Nucleosíntesis
  • Desacople radiación-materia.

Fundamentos

Los sistemes termodinámicos tán carauterizaos, ente otros parámetros, por un parámetru d'orde. Esti parámetru d'orde depende de dellos factores. Por casu, por regla xeneral, aumenta (sistema más ordenáu) según baxa la temperatura. Esta dependencia ye debida a que les fuercies de cohesión prevalecen sobre'l movimientu térmicu, según mengua ésti.

Nel equilibriu cada fase tien unes propiedaes termodinámiques definíes, como'l parámetru d'orde. Na coesistencia, les fases pueden intercambiar enerxía y materia, polo que nel equilibriu los potenciales químicos ${\displaystyle \mu }$ de les distintes fases son iguales. Poro, nuna transición de fase tienen de camudar de cutio tanto'l potencial de Gibbs G, como ${\displaystyle \mu }$.

Rellación col tamañu del sistema

Les transiciones de fase asoceden cuando la enerxía llibre d'un sistema nun ye una función analítica, en rellación a delles variables termodinámiques. Esto asocede en sistemes con un gran númberu de partícules.

Clasificación

Les transiciones clasificar según la continuidá de les derivaes del potencial de Gibbs G:

Transiciones de fase de primer orde: La primer derivada de G ye discontinua. Suelen caracterizase pola esistencia de calor latente: Na transición, el sistema absuerbe o llibera una cantidá d'enerxía proporcional al tamañu d'ésti. Mientres esti procesu, la temperatura del sistema permanez constante magar la tresmisión de calor. Como la enerxía nun puede tresmitise instantáneamente, mientres la transición coesisten rexones o dominios con distintes fases.

Pa valores de los parámetros abondo próximos a la coesistencia de fases, la enerxía interna G al respective de un parámetru non natural ${\displaystyle X_{j}}$ presenta dos mínimos: Unu global que caracteriza al estáu estable, y otru llocal que caracteriza a un estáu metaestable. El sistema n'equilibriu atopar nel estáu estable, pero una perturbación abonda puede llevar a un subsistema al estáu metaestable. Sicasí, una perturbación menor devolver l'estáu estable. Na coesistencia de fases, los dos mínimos tienen el mesmu valor. A cada mínimu correspuéndelu un valor determináu del parámetru d'orde, d'ende la coesistencia de fases.

Exemplu de transiciones de primer orde son los cambeos d'estáu: La evaporación, licuefacción, fusión, ebullición o la sublimación.

Transiciones de fase d'orde cimeru o continues: La primer derivada de G ye continua. Nun tienen acomuñáu un calor latente. Nes transiciones de segundu orde la segunda derivada de G ye discontinua.

Exemplos d'orde cimeru son la transición ferromagnética-paramagnética o la condensación de Bose-Einstein.

Puntu críticu

El pasu d'una transición d'un orde a otru puede tener llugar nun sistema, esto produzse nel puntu críticu. Por casu, en rellación a los estaos d'agregamientu de la materia, pa un sistema dau, hai una combinación de valores de presión y temperatura (llamada puntu críticu), a partir de la cual la transición de líquidu a gas pasa a ser una transición de segundu orde. Nesi puntu, les densidaes del líquidu y del gas iguálense.

Ver tamién

• Cosmoloxía
• Modelu de Ising
• Transición de fase cuántica
• Esponente críticu
• Cristalización
• Precipitáu
• Dinámica de sistemes
• Sistema complexu

Referencies

• 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, Y.M., Statistical Physics Part 1, vol. 5 of Course of Theoretical Physics, Pergamon, 3rd Ed. (1994). En castellán editáu por 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,", páxs. 1--742, World Scientific (Singapore, 1989); Paperback ISBN 9971-5-0210-0 (readable online here)