高等熱力學

二級相變(second-order phase transition)

並非每個相變都是突兀的。把磁鐵加熱越過其居里溫度,其磁化會平滑地淡至零,沒有潛熱、沒有共存相、沒有驟跳——然而戲劇性的事仍在發生:熱容飆升、磁化率發散。把氦冷卻成超流體、或把金屬冷卻成超導體,行為也一樣。這些便是連續相變,或稱二級相變(second-order phase transition)。

在原始的艾倫費斯特分類中,當吉布斯自由能及其一階導數(熵、體積)連續,但其二階導數——熱容 C_p、壓縮率、磁化率——不連續時,該相變為二級。現代圖像更豐富:連續相變的特徵是一個從零連續增長的序參量(例如磁化)、一個發散的關聯長度,以及冪次律的臨界指數,並由朗道理論(Landau theory)與重整化群(renormalization group)描述、歸入各普適類(universality classes)。

由於既無潛熱、也無需成核的界面,連續相變不呈現磁滯,也無兩相共存。誠實的警語:艾倫費斯特那套俐落的「第 n 階導數跳變」層級大致已過時,因為在多數真實的連續相變處,二階導數並非僅是跳變,而是發散——這正是如今偏好用「連續相變」而非「二級相變」的原因。

在鐵磁體中,磁化 M 是序參量:低於居里溫度 T_c 時它非零,隨溫度升至 T_c 它連續地降至零(在轉變附近如 M ~ (T_c - T)^beta)。沒有潛熱,但磁化率在 T_c 處發散——這些正是連續相變的指紋。

連續消失的序參量與發散的響應函數,標示著二級相變。

沿用艾倫費斯特而稱之為「二級」是歷史標籤;在真正的臨界點,熱容之類的量通常發散而非呈現有限的不連續,因此「連續相變」是更準確的現代名稱。

又称
continuous phase transition連續相變