相与相变

一级与二级相变

并非所有相变给人的感觉都一样。水沸腾是骤然而戏剧性的——冒泡、猛吞一大口潜热、体积陡然一跳。但磁铁受热时悄悄失去磁性,或液氦变成超流体,却是平滑发生的,没有突兀的一蹿。按相变发生得有多突兀来分类,就是相变的「级数」所指的事。

一级相变是那种骤然的。它在固定温度下吸收或放出潜热,体积、密度、能量这类性质会不连续地跳变。熔化、沸腾、升华都是一级相变——这正是为什么过程中两个相会共存、温度会暂停。二级(或连续)相变没有潜热、那些基本性质也不跳变;相反,变化体现在这些性质如何「响应」上——比如热容,可以恰好在相变处骤升或出现折点。

这一区分由保罗·埃伦费斯特厘清、后人又加以完善,它之所以重要,是因为这两类相变的行为大不相同。一级相变可以被「冲过头」——水在结冰前能过冷、在沸腾前能过热,然后猛地翻转。二级相变冲不过头,是临界现象的家园:在那里涨落无限制地长大,许多不同材料会突然服从同一套通用规律。

水沸腾是一级相变:它吸走潜热,体积猛涨上千倍。一块铁在 770 °C 失去磁性则是二级相变:它不放出潜热、什么都不跳变——只是它的磁响应平滑地消退。

一级相变伴随潜热、性质跳变;二级相变平滑过渡。

按「级数」分类源于埃伦费斯特,他依据自由能的第几阶导数首先变得不连续来划分。现代观点把这条线看作一级相变对连续相变;液气线尽头的临界点,本身就是一种二级、连续的相变。

又称
order of a phase transition一级与二级相变一級與二級相變