相與相變
一級與二級相變
並非所有相變給人的感覺都一樣。水沸騰是驟然而戲劇性的——冒泡、猛吞一大口潛熱、體積陡然一跳。但磁鐵受熱時悄悄失去磁性,或液氦變成超流體,卻是平滑發生的,沒有突兀的一躥。按相變發生得有多突兀來分類,就是相變的「級數」所指的事。
一級相變是那種驟然的。它在固定溫度下吸收或放出潛熱,體積、密度、能量這類性質會不連續地跳變。熔化、沸騰、昇華都是一級相變——這正是為什麼過程中兩個相會共存、溫度會暫停。二級(或連續)相變沒有潛熱、那些基本性質也不跳變;相反,變化體現在這些性質如何「響應」上——比如熱容,可以恰好在相變處驟升或出現折點。
這一區分由保羅·埃倫費斯特釐清、後人又加以完善,它之所以重要,是因為這兩類相變的行為大不相同。一級相變可以被「衝過頭」——水在結冰前能過冷、在沸騰前能過熱,然後猛地翻轉。二級相變衝不過頭,是臨界現象的家園:在那裡漲落無限制地長大,許多不同材料會突然服從同一套通用規律。
水沸騰是一級相變:它吸走潛熱,體積猛漲上千倍。一塊鐵在 770 °C 失去磁性則是二級相變:它不放出潛熱、什麼都不跳變——只是它的磁響應平滑地消退。
一級相變伴隨潛熱、性質跳變;二級相變平滑過渡。
按「級數」分類源於埃倫費斯特,他依據自由能的第幾階導數首先變得不連續來劃分。現代觀點把這條線看作一級相變對連續相變;液氣線盡頭的臨界點,本身就是一種二級、連續的相變。
又稱
另見