Физическая энциклопедия - критические явления

н. критическая о п а л е с ц е н ц и я. Рост флуктуации плотности приводит также к дисперсии звука и его сильному поглощению (рис. 2), замедлению установления теплового равновесия (в критич. точке оно устанавливается в течение многих часов), изменению хар-ра броуновского движения, аномалиям вязкости, теплопроводности и др. Рис. 3. Температурная зависимость рассеяния рентг.

лучей смесью жидких металлов Li и Na. Вблизи критич. точки растворимости смеси (301В°С) число квантов рассеянного рентг. излучения, зафиксированных счётчиком в ед. времени, имеет резкий максимум. Аналогичные явления наблюдаются вблизи критич. точек двойных (бинарных) смесей; здесь они обусловлены развитием флуктуации концентрации одного из компонентов в другом.

Так, в критич. точке расслоения смеси двух жидких металлов (напр., Li-Na, Ge-Hg) наблюдается критич. рассеяние рентг. лучей (рис. 3). При упорядочении сплавов (напр., гидридов металлов) и установлении ориентационного дальнего порядка (см. ДАЛЬНИЙ И БЛИЖНИЙ ПОРЯДОК) в мол. кристаллах (напр., в твердых СН4, ССl4, галогенидах аммония) также наблюдаются типичные К.

я., связанные с ростом флуктуации соответствующей физ. величины (упорядоченности расположения атомов сплава или ср. ориентации молекул по кристаллу) в окрестности точки фазового перехода. Сходство К. я. в объектах разной природы позволяет рассматривать их с единой точки зрения. Установлено, напр., что у всех объектов существует одинаковая температурная зависимость ряда физ.

Для l-точки гелия a=0 , и ф-ла (2) для гелия видоизменяется: сp=lnt. Подобным же образом (в виде степенного выражения) в окрестности критич. точки может быть выражена зависимость уд. объёма газа от давления, магн. или электрич. момента системы от напряжённости поля, концентрации смеси от хим. потенциала компонентов. Константы a, g и др., характеризующие поведение всех физ.

величин вблизи точек фазового перехода II рода, наз. критическими индексами. В нек-рых объектах, напр. в обычных сверхпроводниках и мн. сегнетоэлектриках, почти во всём диапазоне темп-р вблизи критич. точки К. я. не обнаруживаются. С другой стороны, они оказывают влияние на в-ва обычных жидкостей в окрестности критич. точки в значит.

диапазоне темп-р и на св-ва гелия вблизи l-точки. Это связано с хар-ром действия межмолекулярных сил. Если эти силы достаточно быстро убывают с расстоянием, то в в-ве значит. роль играют флуктуации и К. я. возникают задолго до подхода к критич. точке. Если же, напротив, молекулы взаимодействуют на значит. расстояниях, что характерно, напр.

, для кулоновского и диполь-дипольного вз-ствий в сегнетоэлектриках, то установившееся в в-ве ср. силовое поле почти не будет искажаться флуктуациями и К. я. могут обнаружиться лишь предельно близко к точке Кюри. К. я. это кооперативные явления, они обусловлены св-вами всей совокупности ч-ц, а не индивидуальными св-вами каждой ч-цы.

Проблема кооперативных явлений полностью ещё не решена, поэтому нет и исчерпывающей теории К. я. В существующих подходах к теории К. я. исходят из эмпирич. факта возрастания неоднородности в-ва с приближением его к критич. точке и вводят понятие радиуса корреляции флуктуации rc, близкое по смыслу к ср. размеру флуктуации. Радиус корреляции характеризует расстояние, на к-ром флуктуации влияют друг на друга и, т.

о., оказываются зависимыми, «скоррелированными». Этот радиус для всех в-в зависит от темп-ры по степенному закону: rc = t-v. (3) Предполагаемые значения v лежат между 1/2 и 2/3. Из ф-л (1), (2) и (3) видно, что значения соответствующих величин становятся бесконечно большими в точках, где rс обращается в бесконечность (rс неограниченно растёт при tВ®0, т.

е. с приближением к точке фазового перехода). Это означает, что любая часть рассматриваемой системы в точке фазового перехода «чувствует» изменения, произошедшие с остальными частями. Наоборот, вдали от точки перехода флуктуации статистически независимы, и случайные изменения состояния в-ва в данной точке образца не сказываются на остальном в-ве.

Наглядным примером служит рассеяние света в-вом. В случае рассеяния света на независимых флуктуациях (т. н. рэлеевское рассеяние) интенсивность рассеянного света обратно пропорц. l4 (l длина волны) и прибл. одинакова по разным направлениям (рис. 4, а). Рис. 4. Вверху -диаграмма направленности рассеяния света на независимых флуктуациях плотности жидкости; внизу рассеяние света на скоррелированных флуктуациях (рассеяние при критич.

темп-ре). При рассеянии же на скоррелированных флуктуациях (т. н. критич. рассеяние) интенсивность рассеянного света пропорц. l2 и обладает особой диаграммой направленности (рис. 4, б). Большое распространение получила теория К. я., рассматривающая в-во близ точки фазового перехода как систему флуктуирующих областей размером =rс. Она наз.

теорией масштабных преобразований (с к е й л и н г т е о р и е й) или теорией подобия. Скейлинг-теория не позволяет прямым образом вычислить критич. индексы, она лишь устанавливает между ними определ. соотношения, на основе к-рых можно вычислить все индексы, если известны к.-н. два из них. Соотношения между критич. индексами позволяют определить уравнение состояния и вычислять затем разл.

термодинамич. величины по сравнительно небольшому объёму эксперим. материала. На аналогичном принципе построена теория, связывающая несколькими соотношениями критич. индексы кинетич. св-в (вязкости, теплопроводности, диффузии, поглощения звука и др., также имеющих аномалии в точках фазовых переходов) с индексами термодинамич.