Агрегат хәл

Агрегат хәл
	Агрегат хәл
Метакласс для	термодинамическая фаза[d]
	Агрегат хәл Викимилектә

Матдәнең агрегат хәле (лат. aggrego«ҡушылдырам») — матдәнең температура менән баҫым йоғонтоһонан хасил булыусан физик хәле. Агрегат хәлдең үҙгәреүе ирекле энергияның, энтропияның, тығыҙлыҡтың һәм башҡа физик дәүмәлдәрҙең һикереүле үҙгәреүе менән оҙатылырға мөмкин^[1].

Агрегат хәл төрҙәре

Ғәҙәттә өс агрегат хәл айырыла: ҡаты есем, шыйыҡ һәм газ. Шулай уҡ плазманы ла агрегат хәлгә индереү ҡабул ителгән^[2], температура күтәрелгәндә һәм баҫым тотороҡло булғанда газдар плазмаға әүерелә. Был әүерелеш плазма хәленә күсеүҙең киҫкен сиге булмау менән айырыла. Башҡа агрегат хәлдәр ҙә бар.

Агрегат хәлдәр һәр ваҡытта ла аныҡ ҡына билдәләнмәй. Мәҫәлән, аморф есемдәр шыйыҡ структураһын һаҡлай, көсһөҙ генә ағыу һәм рәүешен һаҡлау һәләтенә эйә; шыйыҡ кристалдар аға, шул уҡ ваҡытта ҡаты есемдәрҙең ҡайһы бер үҙенсәлектәренә лә эйәләр, атап әйткәндә, улар аша үткән электромагнит нурланышты полярлаштыра алалар.

Төрлө хәлдәрҙе һүрәтләү өсөн физикала термодинамик фаза тигән киңерәк мәғәнә ҡулланыла. Бер фазанан икенсеһенә күсеүҙе һүрәтләгән күренештәр критик күренештәр тип атала.

Фазалар араһындағы энергетик сик матдәнең агрегат хәле төрҙәрен айырып торған термодинамик (феноменологик) билдә булып хеҙмәт итә: быуланыу йылылығы (мәҫәлән, һыу 100 градус температурала һәм 2262 кДж/кг удель йылылыҡта быуға әйләнә) — шыйыҡлыҡ менән уның быуы араһындағы сик; иреү йылылығы — ҡаты матдә менән шыйыҡлыҡ араһындағы сик ^[3].

Дүрт төп хәл

Ҡаты есем

Кристаллы матдәләр: стронций титанаты рәсеменең атомлы сиселеше. Сағыу атомдар — Sr, ҡоңғортораҡтары — Ti.

Ҡаты хәлдә матдә рәүешен дә, күләмен дә һаҡлай. Түбән температураларҙа бөтә матдәләр ҙә туңа — ҡаты есемгә әүерелә. Баҫымды арттырғанда ҡатыу температураһы юғарыраҡ булырға мөмкин. Ҡаты есемдәр кристаллы һәм аморфтарға бүленә. Микроскопик яҡтан ҡаты есемдәргә шул хас: уларҙың молекулалары йә атомдары үҙҙәренең уртаса хәлен оҙаҡ ваҡыт буйы үҙгәртмәйенсә һаҡлай, бары тип улар тирәләй ҙур булмаған амплитуда менән тирбәлештәр генә яһай. Кристалдарҙа атомдар йә молекулаларҙың уртаса торошо ҡаты тәртипкә буйһона. Кристалдарға арауыҡта атомдарҙың тирбәлеүһеҙ хәлдә периодлылыҡ менән урынлашыуы хас, был периодлылыҡҡа алыҫ тәртип менән өлгәшелә һәм ул кристаллы рәшәткә тип атала. Кристалдарҙың тәбиғи формаһы — төҙөк күпҡырҙар.

Аморф есемдәрҙә атомдар тәртипһеҙ урынлашҡан нөктәләр тирәләй тирбәлә, уларҙың алыҫ тәртибе юҡ, ләкин яҡын тәртип һаҡлана. Уларҙың яҡын тәртибендә молекулалар бер-береһенән үҙҙәренең үлсәменә тиң алыҫлыҡта урынлаша. Классик ҡараштарға ярашлы, кристалл хәле ҡаты есемдең тотороҡло хәле булып тора (потенциаль энергия минимумы менән). Быяла хәле аморф хәлдең айырым осрағы тип һанала. Аморф есем метатотороҡло хәлдә тора һәм ваҡыт үтеү менән кристалл хәленә күсергә тейеш була, әммә кристаллашыу мөҙҙәте шул тиклем ҙур, шунлыҡтан метатотороҡлолоҡ үҙен бөтөнләй күрһәтмәй. Аморф есемде бик юғары йәбешеүсәнлекле шыйыҡлыҡ тип ҡарарға мөмкин. Кристаллы ҡаты есемдәр анизотроп үҙенсәлектәргә эйә, йәғни тышҡы көстәрҙең тәьҫиренә яуап был көстөң кристаллографик күсәрҙәргә ҡарата ниндәй йүнәлештә булыуына бәйле. Ҡаты есем хәлендә матдәләр күп фазалы була ала, был фазалар атомдарҙың теҙелеше йәки башҡа тасуирламалар, әйтәйек, ферромагнетиктарҙа спиндарҙың тәртипкә һалыныуы менән айырыла.

Шыйыҡлыҡ

Матдә шыйыҡ хәлдә күләмен һаҡлай, ләкин рәүешен һаҡламай. Тимәк, шыйыҡлыҡ һауыт күләменең ниндәйҙер өлөшөн генә биләп ҡалмай, ә уның бөтә йөҙө буйлап ағып йәйелә. Шыйыҡ хәлде ғәҙәттә ҡаты хәл менән газ хәле араһы тип иҫәпләйҙәр. Шыйыҡ есемдәрҙең рәүеше уларҙың йөҙө үҙен ҡаты мембрана кеүек тотоуы менән билдәләнергә мөмкин. Мәҫәлән, һыу тамсыларға йыйыла ала. Әммә шыйыҡлыҡ өҫтөндәге хәрәкәтһеҙ йөҙлөк аҫтында ла ағырға һәләтле, һәм был да рәүештең (шыйыҡ есемдең эске өлөштәренең) үҙгәреүен аңлата. Шыйыҡлыҡ молекулалары ниндәй ҙә булһа бер билдәле урында ҡатып тормай, шул уҡ ваҡытта күсеп йөрөү йәһәтенән дә тулы иреккә эйә түгелдәр. Улар араһында тартылыу көсө бар, һәм ул бер-береһенә яҡын тороуҙы тәьмин итерлек ярайһы уҡ ҙур көскә эйә. Шыйыҡ хәлдәге матдә температураларҙың билдәле бер арауығында йәшәй, түбәнге сигенән төшөп китһә, ҡаты хәлгә күсә (кристаллашыу йә ҡаты есемдең аморф хәлгә күсеүе — быяла), өҫкө сикте үтһә, газ хәленә күсә (быуланыу). Был интервалдың сиктәре баҫымға бәйле. Ҡағиҙә булараҡ, шыйыҡ хәлдәге матдә бер генә модификацияға эйә. (Айырыуса мөһим иҫкәрмәләр — квантлы шыйыҡлыҡтар һәм шыйыҡ кристалдар). Шул сәбәпле күп осраҡта шыйыҡлыҡ агрегат хәл генә түгел, термодинамик фаза ла (шыйыҡ фаза) булып тора. Бөтә шыйыҡлыҡтар таҙа шыйыҡлыҡтарға һәм ҡатнашмаларға бүленә. Ҡайһы бер шыйыҡ ҡатнашмалар тереклек өсөн бик әһәмиәтле (ҡан, диңгеҙ һыуы һ.б.). Шыйыҡлыҡтар иреткес була ала. Газ кеүек үк, шыйыҡлыҡтар ҙа башлыса изотроп булып тора. Анизотроп сифаттарға эйә шыйыҡлыҡтар ҙа бар — шыйыҡ кристалдар. Изотроп, йәғни нормаль фазанан башҡа, был мезоген матдәләр тәртипкә буйһонған бер йә бер нисә термодинамик фазаға эйә, был фазалар мезофаза тип атала.

Газ

Газ рәүешендәге хәлгә форманың да, күләмдең дә һаҡланмауы хас. Газ мөмкин булған бөтә арауыҡты тултыра. Шыйыҡ хәлдән газ хәленә күсеүҙе — быуланыу, ә газ хәленән шыйыҡ хәлгә күсеүҙе конденсатлашыу тип атайҙар. Ҡаты хәлдән, шыйыҡ хәлгә инеп тормайынса, газ хәленә күсеүҙе сублимация тиҙәр. Микроскопик күҙлектән газ — матдәнең айырым молекулалары көсһөҙ тәьҫирләшкән һәм хаотик хәрәкәт иткән хәле. Молекулаларҙың кинетик энергияһы потенциаль энергиянан ҙурыраҡ була. Шыйыҡлыҡтар кеүек үк, газдар аға һәм деформациялауға ҡаршы тора. Шыйыҡлыҡтарҙан айырмалы, газдарҙың тотороҡло күләме юҡ һәм улар буш йөҙлөктө тултырып, ирекле йөҙлөк барлыҡҡа килтермәй, ә мөмкин булған бөтә күләмгә таралырға тырыша. Химик үҙсәнлектәре буйынса газдар һәм уларҙың ҡатнашмалары төрлө — һүлпән инерт газдарҙан шартлаусан газ ҡатнашмаларына тиклем. «Газ» тигән төшөнсәне ҡайһы берҙә атомдар һәм молекулалар тупланмаһына ғына түгел, фотондар, электрондар, броун киҫәксәләре кеүек башҡа киҫәксәләргә, шулай уҡ плазмаға ҡарата ла ҡулланалар. Ҡайһы бер матдәләрҙең гәз хәле булмай. Газдарға изотроплылыҡ хас. Кеше өсөн ғәҙәти булған Ер шарттарында газ бөтә ерҙә лә бер төрлө тығыҙлыҡҡа эйә.

Плазма

Матдәнең дүртенсе агрегат хәле тип йыш ҡына плазманы атайҙар. Плазма өлөшләтә йә тулыһынса ионлаштырылған газ булып тора һәм ғәҙәттә бер нисә мең К һәм юғарыраҡ температурала барлыҡҡа килә. Дөйөм алғанда уның үҙсәнлектәре газдыҡына оҡшаш.

Плазма — матдәнең Ғаләмдә иң киң таралған агрегат хәле. Йондоҙҙарҙың матдәһе һәм планета-ара, йондоҙ-ара һәм галактика-ара арауыҡты тултырған матдә — плазма хәлендә. Ғаләмдәге барион матдәнең ҙур өлөшө (массаһы буйынса 99,9 процент самаһы) — плазма хәлендә.^[4].

Фаза күсеше

Интенсив параметрҙар үҙгәргәндә (температура, баҫым һ. б.) фаза диаграммаһы буйынса фаза күсеше система ике фазаны айырып торған сик аша үткәндә күҙәтелә. Төрлө термодинамик фазалар төрлө хәл тигеҙләмәләре менән тасуирланғанлыҡтан, фаза күсешендә һикерешле үҙгәргән дәүмәлде һәр ваҡыт табып була.

Беренсе төр фаза күсеше ваҡытында беренсел экстенсив параметрҙар (удель күләм, запас итеп тупланған эске энергия миҡдары, компоненттарҙың концентрацияһы һ. б.) һикерешле үҙгәрә. Икенсе төр фаза күсештәре матдә төҙөлөшөнөң симметрияһы үҙгәргән саҡта (симмерия бөтөнләй юҡҡа сығырға йә кәмергә мөмкин) бара.

Түбән температуралы хәлдәр

Үтә көслө ағыусанлыҡ

Температураны абсолют нулгә төшөргәндә барлыҡҡа килә торған айырым бер хәлдә (квантлы шыйыҡлыҡ) матдәнең бәләкәс кенә ярыҡтар һәм капиллярҙар аша ышҡылыуһыҙ ағыу һәләте үтә көслө ағыусанлыҡ була. Һуңғы заманға тиклем үтә көслө ағыусанлыҡҡа шыйыҡ гелийҙың ғына эйә булыуы билдәле ине, әммә һуңғы йылдарҙа үтә көслө ағыусанлыҡ башҡа системаларҙа ла асыла: ул һирәкләнгән атомлы бозе конденсаттарында, ҡаты гелийҙа бар.

Үтә көслө ағыусанлыҡ түбәндәгесә аңлатыла. Гелий атомдары бозон булғанлыҡтан, квант механикаһы киҫәксәләрҙең ирекле һанына бер хәлдә булырға юл ҡуя. Температура абсолют нулгә яҡынлашҡанда гелийҙың бөтә атомдары бер төрлө энергетик хәлгә инә. Хәлдәрҙең энергияһы өҙөк булғанлыҡтан, атом теләһә ҡайһы энергияны түгел, ә энергияның йәнәш торған кимәлдәре араһындағы энергетик аралыҡҡа тигеҙ булғандарын ғына алырға һәләтле. Әммә түбән температурала бәрелешеүҙәр энергияһы был дәүмәлдән бәләкәйерәк булырға һәм шул сәбәпле энергия таралмаҫҡа мөмкин. Шыйыҡлыҡ иһә ышҡылыуһыҙ ағасаҡ.

Бозе — Эйнштейн конденсаты

Бозе — Эйнштейн конденсаты бозе-газды абсолют нулгә тиң температураларға тиклем һыуытҡанда барлыҡҡа килә. Был тиклем ныҡ һыуытылған хәлдә атомдарҙың күп өлөшө квант хәленә инә һәм квант эффекттары макроскопик кимәлдә күренә башлай. Бозе — Эйнштейн конденсаты үтә көслө ағыусанлыҡ һәм Фишбах резонансы кеүек ҡайһы бер квант үҙсәнлектәрен белендерә.

Фермионлы конденсат

Фермионлы конденсат фермионлы атомдарҙан торған газдарҙа «Куперса атом парҙарының» Бардин, Купер, Шриффер режимындағы бозе-конденсацияһынан ғибәрәт.

Бындай фермионлы атом конденсаттары үтә көслө үткәргестәрҙең «ҡәрҙәше» булып тора, ләкин критик температуралары бүлмә температураһы кеүек йә юғарыраҡ ^[5].

Боҙоҡ үҙгәрешле газ

Үҙсәнлектәренә киҫәксәләренең бер төрлө булыуы арҡаһында барлыҡҡа килеүсе квант механикалы эффекттар ныҡлы йоғонто яһаған газ боҙоҡ үҙгәрешле/вырожденный газ була. Газдың киҫәксәләре араһындағы аралыҡтар де Бройль тулҡыны оҙонлоғона тиң булған шарттарҙа боҙоҡ үҙгәреү башлана; киҫәксәләрҙең спинына бәйле боҙолоп үҙгәргән газдарҙың ике төрө яһала — фермиондар (ярым бөтөн спинлы киҫәксәләр) хасил иткән ферми-газ һәм бозондар (бөтөн спинлы киҫәксәләр) хасил иткән бозе-газ.

Үтә көслө ағыусан ҡаты есем

Үтә көслө ағыусан ҡаты есем — үтә көслө ағыусан шыйыҡлыҡ үҙсәнлектәренә эйә ҡаты есем булып торған квант шыйыҡлығының термодинамик фазаһы.

Юғары энергетик хәлдәр

Юғары энергетик хәлдәргә глазма һәм кварк-глюонлы плазма хәлдәре инә. Глазма хәле кварк-глюонлы хәлдең элгәре булып тора, ул адрондар бер-береһе менән бәрелешкәндә (мәҫәлән, протондар — протондар менән, иондар — иондар менән, иондар — протондар менән) барлыҡҡа килә. Глазманың йәшәү ваҡыты бер нисә иоктосекунд тәшкил итә.

Кварк-глюонлы хәл — юғары энергиялар физикаһында һәм элементар киҫәксәләр физикаһында матдәнең агрегат хәле. Матдә адрон матдәнең электрондарҙың һәм иондарҙың ғәҙәттәге плазмала булыуына оҡшаш хәлгә күсә.

Ҙур баҫым аҫтындағы хәлдәр

Нейтрон хәл

Матдәнең башҡа хәлдәрҙән принципиаль айырмалы булған һәм тик нейтрондарҙан ғына торған хәле нейтрон хәл тип атала. Матдә нейтрон хәлгә әлегә лаборатория шарттарында өлгәшелә алмаған, әммә нейтрон йондоҙҙарҙың эсендә булған үтә юғары баҫым ваҡытында күсә. Нейтрон хәлгә күскәндә матдәнең электрондары протондар менән берләшә һәм нейтрондарға әйләнә. Бының өсөн матдәнең гравитация көстәре тарафынан электрондарҙың этәрешеүен еңерлек кимәлдә ҡыҫылыуы зарур. Нейтрон хәлдәге матдә тулыһынса нейтрондарҙан тора һәм ядро тығыҙлығы кеүек тығыҙлыҡҡа эйә була.

Башҡа хәлдәр

Ҡараңғы материя

Материяның электромагнит нурланышты сығармай һәм уның менән тәьҫирләшмәй торған формаһы ҡараңғы материя була. Ошо үҙсәнлеге арҡаһында был матдәне туранан-тура күҙәтеп булмай. Ҡараңғы материя барлығы ул хасил иткән гравитация эффекттары аша асыҡлана.

Үтә юғары критик флюид

Үтә юғары критик флюид хәлендә булғанда матдәнең шыйыҡ һәм газ фазаһы араһындағы айырма юҡҡа сыға. Критик нөктәнән юғарыраҡ температурала һәм баҫымда ҡалған теләһә ҡайһы матдә үтә юғары критик шыйыҡлыҡ булып тора. Үтә юғары критик хәлдәге матдәнең үҙсәнлектәре уның газ һәм шыйыҡ хәлдәрҙәге үҙсәнлектәре араһында була.

↑ Агрегатные состояния вещества // А — Ангоб. — М. : Советская энциклопедия, 1969. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.]; vol. 1969—1978, вып. 1).
↑ Агрегатные состояния // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия (т. 1—2); Большая Российская энциклопедия (т. 3—5), 1988—1999. — ISBN 5-85270-034-7.
↑ Белоконь, Н. И. Основные принципы термодинамики, 1968. — С. 25.
↑ Владимир Жданов. Плазма в космосе (билдәһеҙ). Кругосвет. Дата обращения: 21 февраль 2009. Архивировано 22 август 2011 года.
↑ И. М. Дремин, А. В. Леонидов. "Фермионный конденсат" (билдәһеҙ) С. 1172. scientific.ru (ноябрь 2010). doi:10.3367/UFNr.0180.201011c.1167. — УФН 180 1167–1196 (2010). Дата обращения: 29 март 2013. Архивировано 22 август 2011 года.

Иҫкәрмәләр

Әҙәбиәт

Шульц М. М., Мазурин О. В. Современное представление о строении стёкол и их свойствах. — Л.: Наука. 1988 ISBN 5-02-024564-X

[:0-1] Агрегатные состояния вещества // А — Ангоб. — М. : Советская энциклопедия, 1969. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.]; vol. 1969—1978, вып. 1).

[2] Агрегатные состояния // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия (т. 1—2); Большая Российская энциклопедия (т. 3—5), 1988—1999. — ISBN 5-85270-034-7.

[3] Белоконь, Н. И. Основные принципы термодинамики, 1968. — С. 25.

[4] Владимир Жданов. Плазма в космосе (билдәһеҙ). Кругосвет. Дата обращения: 21 февраль 2009. Архивировано 22 август 2011 года.

[5] И. М. Дремин, А. В. Леонидов. "Фермионный конденсат" (билдәһеҙ) С. 1172. scientific.ru (ноябрь 2010). doi:10.3367/UFNr.0180.201011c.1167. — УФН 180 1167–1196 (2010). Дата обращения: 29 март 2013. Архивировано 22 август 2011 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]