Агрегатные состояния вещества

Агрегатные состояния вещества

• Агрегатное состояние вещества — физическое состояние, зависящее от температуры и давления.
• Изменение агрегатного состояния сопровождается скачкообразными изменениями свободной энергии, энтропии, плотности и др.
• Классические агрегатные состояния: твёрдое, жидкое, газообразное, плазменное.
• Плазма образуется при нагревании газов.
• Границы перехода в плазменное состояние не резкие.
• Аморфные тела — промежуточное состояние между жидкостью и твёрдым телом, обладают небольшой текучестью.
• Жидкие кристаллы — текучие, но с некоторыми свойствами твёрдых тел, могут поляризовать электромагнитное излучение.
• Термодинамическая фаза — более широкое понятие, чем агрегатное состояние.
• Критические явления — явления перехода между фазами.
• Теплота испарения и теплота плавления — энергетические границы между жидкостью и паром, твёрдым телом и жидкостью соответственно.

Твёрдое состояние

• В твёрдом состоянии вещество сохраняет форму и объём.
• Твёрдые тела классифицируются на кристаллические и аморфные.
• В кристаллических телах атомы упорядочены, образуя кристаллическую решётку, их форма — правильные многогранники.
• Аморфные тела не имеют дальнего порядка, но сохраняют ближний порядок.
• Аморфное состояние — метастабильное, с течением времени переходит в кристаллическое при достаточном времени.
• Стеклообразное состояние — частный случай аморфного состояния.
• Твёрдые тела могут быть анизотропными, т.е. их свойства зависят от ориентации внешних сил относительно кристаллографических осей.
• Вещество в твёрдом состоянии может иметь много фаз, отличающихся структурой.

Жидкое состояние

• В жидком состоянии вещество сохраняет объём, но не сохраняет форму.
• Жидкое состояние — промежуточное между твёрдым и газообразным.
• Форма жидкости может определяться её поверхностным натяжением.
• Молекулы жидкости не имеют фиксированного положения, но не свободно перемещаются.
• Жидкости существуют в определённом интервале температур, ниже которого — твёрдое состояние, выше — газообразное.
• Жидкости делятся на чистые и смеси (вода, кровь).
• Жидкости могут быть изотропными или анизотропными (жидкие кристаллы).

Газообразное состояние

• В газообразном состоянии вещество не сохраняет ни объёма, ни формы, заполняя весь доступный объём.
• Газы обладают малой плотностью.
• Переход из жидкого в газообразное состояние — парообразование (и наоборот — конденсация).
• Переход из твёрдого состояния в газообразное — сублимация.
• Молекулы газа взаимодействуют слабо и перемещаются хаотично.
• Газы являются изотропными, но плотность в них может различаться в зависимости от внешних факторов.
• «Пар» — термин для газообразного состояния вещества при условиях, когда могут существовать твёрдая или жидкая фаза.

Плазменное состояние

• Плазма — частично или полностью ионизированный газ.
• Плазма возникает при высоких температурах и присутствует в космосе (звёзды).
• Для плазмы важно электромагнитное поле.

Квантовые жидкости и конденсаты

• Квантовые жидкости — жидкости, проявляющие сверхтекучесть при низких температурах.
• Гелий — известный пример квантовой жидкости.
• Бозе-Эйнштейновский конденсат — состояние вещества, при котором большое количество атомов находится в своих минимально возможных квантовых состояниях.
• Квантовые свойства наблюдаются на макроскопическом уровне у веществ, сильно охлаждённых до близких к абсолютному нулю температур.
• Фермионные атомные конденсаты — аналоги сверхпроводников, но с критической температурой, близкой к комнатной.

Другие состояния вещества

• Глазма — состояние вещества, предшествующее кварк-глюонной плазме в условиях высоких плотностей.
• Нейтронное состояние — состояние вещества, состоящее полностью из нейтронов. Это состояние встречается в нейтронных звёздах.
• Тёмная материя — форма материи, не взаимодействующая с электромагнитным излучением.
• Сверхкритическая жидкость — состояние, при котором исчезает различие между жидкой и газовой фазами.

Фазовые переходы

• Фазовые переходы происходят при изменении параметров (температура, давление).
• Скачкообразные изменения параметров при фазовом переходе первого рода отличаются от фазовых переходов второго рода, где меняется симметрия вещества.