Агрегатний стан

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Агрегáтний стан — термодинамічний стан речовини, сильно відмінний за своїми фізичними властивостями від інших станів цієї ж речовини. Переходи між агрегатними станами однієї і тої ж речовини супроводжуються стрибкоподібними змінами вільної енергії, ентропії, густини і інших фізичних властивостей. Як правило, серед агрегатних станів виділяють тверде тіло, рідину, газ та плазму. Відрізняються вони, в першу чергу, характером руху молекул та порядком симетрії.

Термін «агрегатний стан» досить розмитий, і часто що дуже огрублює властивості речовини. Так, майже всі речовини в твердому агрегатному стані можуть мати, залежно від тиску і температури, декілька різних термодинамічних фаз. Відмінність поняття агрегатного стану речовини від термодинамічної фази полягає у виділеному вище слові «сильно». Як правило, вимагається, щоб агрегатні стани «виглядали» сильно по-різному. Термодинамічні ж фази можуть відрізнятися «непомітними оку» величинами, такими як теплоємність, структура кристалічних ґраток і т.д. Проте при акуратному міркуванні рекомендується говорити саме у термінах термодинамічних фаз.

[ред.] Агрегатні стани, що спостерігаються практично у всіх речовин

[ред.] Попередні міркування (філософський аспект)

У ході розвитку філософії, філофософами світу обмірковувалося питання peri phiseos про природу, а, відтак, виникало питання, з чого все постало, як перетворюється і чим є. На ці питання згодом дали відповідь Міфологія, Філософія, Метафізика, та власне Фізика. Основними, як ми тепер кажемо, агрегатними станами, а, раніше — стихіями, у міркуваннях древніх, були вода, вогонь, камінь та повітря (а згодом, апейрон). Власне, це були всі відомі досьогодні стани речовини, агрегатні стани. Новітні дослідження додали до цього списку конденсат Бозе-Ейнштейна.

[ред.] Технічний погляд

Газоподібний стан, характеризується низькою густиною і достатньо високою температурою. Газ не тримає ні форму, ні об'єму.
Рідина, характеризується більш високою густиною і проміжними температурами. Рідина тримає об'єм, але не тримає форму.
Тверде тіло (аморфне або кристалічне), тримає як форму, так і об'єм.
Плазма (часто звана четвертий стан речовини), є частково або повністю йонізованим газом і виникає при високій температурі, від декількох тисяч кельвінів і вище. В цілому, її властивості нагадують властивості газоподібного стану речовини, за винятком того факту, що для плазми принципову роль грає електродинаміка.
В нейтронний стан речовина переходить при надвисокому тиску, недосяжному поки в лабораторії, але який існуює усередині нейтронних зірок. При переході в нейтронний стан, електрони речовини взаємодіють з протонами і перетворюються на нейтрони. В результаті, в нейтронному стані, речовина повністю складається з нейтронів і має густину порядку ядерної. Температура речовини при цьому не повинна бути дуже високою (в енергетичному еквіваленті, не більше сотні МеВ).
При сильному підвищенні температури (сотні МеВ і вище), в нейтронному стані починають народжуватися і анігілювати різноманітні мезони. При подальшому підвищенні температури, відбувається деконфайнмент, і речовина переходить в стан кварк-глюонної плазми. Вона складається вже не з адронів, а з кварків і глюонів, що постійно народжуються і зникають.

При подальшому необмеженому підвищенні тиску без підвищення температури речовина колапсує в чорну діру. При одночасному підвищенні і температури, до кварків і глюонів додаються інші частинки. Що відбувається з речовиною (а точніше, з речовиною + простором-часом) при температурах, близьких до планковской температури, поки невідомо.

При глибокому охолоджуванні, гази деяких (далеко не усіх) речовин переходять в стан бозе-конденсату. Деякі інші речовини при низьких температурах переходять в надпровідний або надтекучий стан. Будучи, безумовно, окремими термодинамічними фазами, цих станів навряд чи слід називати новими агрегатними станами речовини через їх неуніверсальність.

Неоднорідні речовини типу паст, гелів, суспензій, аерозолів і т. д., які за певних умов демонструють властивості як твердих тіл, так і рідин і навіть газів, звичайно відносять до класу дисперсних матеріалів, а не до яких-небудь конкретних агрегатних станів речовини.