给本科生的一个讲座相变与临界现象-物理学系-北京师范大学.pdf

相变与临界现象 郭文安 北京师范大学物理系 年 月 相 （ ）： 热力学系统 （或它的一部分 ）如果具有均匀的物理性质 ，称为处 于某相 。比如水可以处于固相 ，液相 ，气相 。 相变 ： 从一种相转变成令一种相 。比如冰融化就是水 的固液相变。 丰富多彩的相变与临界现象 水 的三态之间的转变 铁磁 ，顺磁 ，反铁磁之间的转变 超导体与正常导体的转变 超流与正常流体的转变 几何相变 ：渗流 量子相变 ：光晶格的超流绝缘转变 等等 相变与临界现象总伴随着热力学量的奇异性 ：不连续或发散 ！ 现代物理学把相变分成两类 一级相变 ：内能不连续 （潜热 ）， 两相 （或多相 ）共存 。 连续相变 或二级相变 ： 内能连续 （没有潜热 ），两相 （或两相以上的相 ）区别消失成为 新 的相 。 比热 ，磁化率等 自由能二级导数发散 。 二级相变点称为临界点 。在这点附近系统表现出 非常特殊的性质称为临界现象 。 临界现象更有兴趣 ！ 单轴各 向异性铁磁体 ∝ − 居里点 ，临界点 临界指数 靠近 ∝ 在 ∝ 比热 ： ∝ | | ≈ ± 特殊 对数发散 ∝ − 可以认为 上面的现象在所有临界点都类似 ，但临界指数可以不 同。 怎么描述这些现象？ 统计物理 具体步骤 ： 写出系统能量与微观状态的关系 ） 计算配分函数 （自由能 ）： ∑ 其 中 叫权重 ，反映一个微观状态出现的几率 ， 或权重 。 对 自由能微分 ：内能，压强 ，磁化强度 再微分 ：比热 ，磁化率 例子 描写单轴铁磁体的模型 ∑ − − ∑ −