二級相變

二級相變（Second order phase transition）為化學勢的二階偏微分發生突變的一類相變。相變時沒有熱效應和熵變，但熱膨脹係數，壓縮係數，比熱容這三個化學勢的二階偏微分量發生突變。

基本介紹

• 中文名：二級相變
• 外文名：second order phase transition
• 特點：大多是發生在極低溫度時的相變
• 簡介：不伴隨熱量的吸收和釋放

簡介

二級相變（Second order phase transition）為化學勢的二階偏微分發生突變的一類相變。相變時沒有熱效應和熵變，但熱膨脹係數，壓縮係數，比熱容這三個化學勢的二階偏微分量發生突變。

二級相變或稱為‘二階相變’或是‘連續性相變’，主要原因是，自由能(或是其他有序參數，例如磁化強度)對溫度(或其他參數，例如磁場)的變化率(一次偏微分值函式)曲線，仍然保持連續，沒有突然變化。然而前述的自由能若對溫度取到二次偏微分，其值與比熱(specific heat)成正比，其函式曲線有可能在特定溫度值，產生髮散(divergence)；換言之，舉例而言，經過特定溫度值時，自由能對於溫度的二次變化率，數值有突然改變時，也屬於發生相變。此處特定溫度值，即為二階相變發生的溫度值，稱為二階相變臨界溫度。

定義

普通的相變（稱一級相變）中的兩相平衡時，兩物態（例如氣態和液態）的化學勢相等，但兩物態的偏摩爾體積和偏摩爾熵發生突變：

即

即

同時還有焓值H₁≠H₂；熱容C_p,1≠C_p,2。故在一級相變時有焓變，熵變，自由能的變化。而發生二級相變時，既沒有焓變，也沒有熵變。但物質的比熱容C，熱膨脹係數α和壓縮係數κ會發生改變：

即

即

埃倫費斯特把這種相變稱為二級相變。

實例

液氦的λ相變

氦-4的正常沸點是4.2K，減壓下沸點下降。但當其沸點降至 2.17 K (−270.98°C) 時，沸騰突然停止。測定其物理性質，壓縮係數，熱膨脹係數和比熱容發生突變，但沒有焓變和體積的變化。

超導金屬

某些金屬具有一轉變溫度T_c，低於此溫度時電阻突然消失。T_c與磁場有關，無加外磁場時這種轉變沒有熱效應，是二級相變。

磁性轉變點

鐵磁性物質加熱到某一溫度時，磁疇被破壞，轉變為順磁性物質。這一磁性轉變點稱為居里點，此溫度稱為居里溫度，此轉變是二級相變。

合金的有序-無序相變

有序的合金晶胞中的原子代表不同的原子，而無序則代表混合原子。例如β-黃銅為體心立方晶胞，銅原子位於晶胞體心，鋅原子位於晶胞角頂。溫度升高至某一數值T_Φ時，這種規則的排列完全被破壞，兩種原子出現在體心或角頂的機率一樣，合金變為無序，此轉變也屬於二級相變。