临界现象和临界指数

临界现象和临界指数临界现象指物质在连续相变临界点邻域的热力学行为。我们首先介绍液一气流体系统和铁 磁系统在其临界点邻域的行为，弓1入几个临界指数。先介绍液气流体系统。图3.8以体积 和压强为坐标画出了流体系统的等温线。改以密度和压强为坐标，画出的等温线将如图3.14所示。P。表示物质在临界点的密度，两侧的虚线分别表示两相平衡下气体相和液相的密度P和P ,以t =表示温度与临界温度的对比值。人们发现，在临界点的邻域存在如 k 1TC下的几个实验规律：(1)在t T -。时,p 1与pK之差随-t的变化遵从如下的规律P1 - Pk x (-t) P , t T0(3.8.1)P称为临界指数。P的实验值约为0.34。如前所述，在临界温度以上，物质处在液，气不分的状态，P-Pg为零。(2)在t T±0时，物质的等温压缩系数k =-(2)= -(|P)是发散的。这意 H v dp T P dp T味着在临界点的邻域，偶然的压强涨落将导致显著的密度涨落。k h随t的变化规律为K x (t) -y , t T+0K h X (-t)项,t T-0(3.8.2)式中在t > 0时沿临界等容线P = Pc趋于临界点，在t V 0时沿两相平衡曲线即P = P (t)或P = P (t)趋于临界点。临界指数y和Y'的典型实验值为丫-丫'-1.2，两 g1式的比例系数是不同的。(3)在临界等温线t = 0上，压强与临界压强之差p - pc和密度与临界密度之差P-P c在临界点的邻域遵从以下规律p p0 ±|p-Pc I5(3.8.3)临界指数5的实验值为(4)在t T±0时，物质的定容比热是发散的。这意味着，在临界点的邻域。系统 达到热平衡非常困难。为了保持系统处在恒定的温度，往往需要很长的时间，并不断进行 搅拌，cv随t的变化规律为c x (t) -at T +0七 x (-t) -a't T-0(3.8.4)式中t T±0沿临界等容线即P = Pc趋于临界点。两式的比例系数是不同的。临界指 数a和a'的实验值为0.1 o现在介绍铁磁一-顺磁相边。铁磁物质存在一个临界温度。在TC以下，物质处在铁磁状 态。铁磁物质的特征是在外磁场为零时，物质的磁化强度不为零，称为自发磁化强度。自 发磁化强度 是温度的函数。 随温度的升高而减小。当温度达到临界温度T时。自发磁 化强度为零，物质转变为顺磁状态，其自发磁化强度为零。人们发现，在临界点的邻域，铁磁物质存在以下的实验规律：(1) 在t T-0时，自发磁化强度随-t的变化遵从以下规律'临界指数的实验值约为3。如前所述，在临界点温度以上，。(2) 各种铁磁物质的零场磁化律在时是发散的。随的变化规律为(3) 在t = 0时，磁化强度与外加磁场的关系为临界指数5的实验值约为6>5 > 4 o(4) 在t T±0时，铁磁物质的零场比热 遵从以下规律C X t - a , t > 0C X (-t)-a, t < 0(3.8.4 )临界指数a和的实验值约为零，两式的比例系数是不同的。可以看出，如果将液-气密度差P1-Pg比作磁化强度，压强P比作磁场强度，等 温压缩系数比作磁化率，则上述两个系统在临界点邻域的行为有极大的相似性，不 仅变化规律相同，而且临界指数也大致相等。