Fase (stof)
Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
For alternative betydninger, se Fase.
I fysikvidenskaberne er en fase tilstanden af det makroskopiske fysiske system, som har nogenlunde ens kemisk sammensætning og fysiske egenskaber (f.eks. massefylde, krystalstruktur, brydningsindeks...). De kendeste faseeksempler (tidligere tilstandsformer) er:
- Gasform, "luftformigt"
- Flydende form
- Fast form
- Plasma form
Mindre kendte faser omfatter magnetiske stoffers paramagnetiske og ferromagnetiske faser.
Indholdsfortegnelse |
[redigér] Definition
Selvom faser er begrebsmæssigt simple, er de svære at definere præcist. En god definition af et systems fase, er et område i parameterrummet af systemets termodynamiske variable, hvor den "frie" energi opfører sig matematisk analytisk.
Det kan også udtrykkes ved, at 2 forskellige tilstande af et system er samme fase, hvis de kan afbildes til hinanden uden hop eller knæk i enhver af deres termodynamiske egenskaber.
Når et system går fra en fase til en anden, vil der generelt være et hop eller knæk, hvor den frie energi er ikke-analytisk. Dette benævnes en faseovergang, faseskift. Almindelige kendte faseovergange er smeltning (fast til flydende) og fortætning (kondensation, gas til flydende). Grundet denne ikke-analytiske, vil den frie energi på begge sider af faseskiftet være 2 forskellige analytiske funktioner, så en eller flere termodynamiske egenskaber vil opføre sig meget anderledes efter faseskiftet.
Den mest undersøgte termodynamiske egenskab er varmekapacitet. Ved et faseskift vil varmekapacitetsgrafen enten gå mod uendelig, hoppe til en anden værdi eller knække (en af funktionens afledede vil være diskontinuert).
Mulige varmekapacitetsgrafer (C) som funktion af temperaturen (T) ved et faseskift.
[redigér] Fasediagram
Et system forskellige faser kan repræsenteres med et fasediagram. Diagrammets akser er de relevante termodynamiske variable. For simple mekaniske systemer anvendes hovedsageligt tryk og temperatur. Den følgende figur viser et fasediagram for et typisk stof som udviser en fast-, flydende- og gas-fase.
Et typisk fasediagram.
[redigér] Anvendelse
En kendt formel, idealgasligningen, som gælder for en afspærret mængde af en ideel gas og tilnærmelsesvis også for molekylære gasser er:
P * V = n * R * T
Formlen gælder netop kun når stoffet er på gasform. Hvis noget af stoffet fortættes eller sublimerer, så gælder formlen ikke. Så længe formlens variable er strengt matematisk positive er formlen analytisk, ligemeget hvilken variabel der isoleres.
Her er 7 videnskabeligt anerkendte stoffaser:
- Plasma (ioniseret gas)
- Gasform, "luftformigt"
- Flydende form
- Superflydende faststof (kilder: 2 September 2004, physicsweb: Evidence for supersolid is firmed up, 2005-05-18, sciencedaily: Supersolids -- Can Atoms Unify And Flow Without Resistance?)
- Fast form
- Bose-Einstein kondensat
- Fermionisk kondensat
Her udover spekuleres der i yderligere tilstandsformer/faser:
- Neutronstjerne - En neutronstjernes massefylde antages at være tæt på atomkerners og neutroners.
- Kvarkstjerne - En kvarkstjernes massefylde antages at være højere end neutronstjerners og dermed atomkerners og neutroners.
[redigér] Se også
- Fysik, kvantemekanik, faststoffysik, entropi, exergi
[redigér] Eksterne henvisninger
- 25.04.2002 Ing.dk: Ny form for materiale fundet i universet
- Science Daily, 2003-10-10: Metallic Phase For Bosons Implies New State Of Matter
- Fagenes Infoguide: Ungdomsuddannelser - Faststoffysik
- 2004-11-19, Sciencedaily: Unusual Material That Contracts When Heated Is Giving Up Its Secrets To Physicists
- 2004-01-15, ScienceDaily: Probable Discovery Of A New, Supersolid, Phase Of Matter Citat: "...We apparently have observed, for the first time, a solid material with the characteristics of a superfluid...but because all its particles are in the identical quantum state, it remains a solid even though its component particles are continually flowing..."
- 29 January, 2004, BBC News: New form of matter created in lab Citat: "...The new matter is the sixth known form of matter after solids, liquids, gasses, plasma and a Bose-Einstein condensate..."
- Number 671 #1, January 30, 2004, AIP: Halfway Across the BEC-BCS Prairie Citat: "...describes the new NIST state as "a dramatic new sort of fermionic condensate, basically Cooper pairing in the strong-field limit."..."
- 2 September 2004, physicsweb: Evidence for supersolid is firmed up Citat: "...However, many of the details of the experiment are not yet understood. In an accompanying article Tony Leggett of the University of Illinois in Urbana writes that the experiment "will force theorists to revise dramatically the generally accepted picture of crystalline solid helium-4."..."
- 14 January 2004, physicsweb: Supersolid is seen in the lab Citat: "...Eun-Seong Kim and Moses Chan of Pennsylvania State University say their supersolid behaves like a superfluid – a liquid that flows without resistance - but has all the characteristics of a crystalline solid (E Kim and M H W Chan 2004 Nature 427 225)..."
- 24 September 2004, physicsweb: Law-breaking liquid defies the rules Citat: "...Marie Plazanet and colleagues at the Université Joseph Fourier and the Institut Laue-Langevin, both in Grenoble, found that a simple solution composed of two organic compounds becomes a solid when it is heated to temperatures between 45 and 75°C, and becomes a liquid when cooled again..."
