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—气流体系统和铁磁系统在其临界点邻域的行为，引入几个临界指数。先介绍液—气流体系统。图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所示。c ρ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κρ和1ρ，以C C T T T 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下的几个实验规律：

（1）在0-→t 时,1ρ与κρ之差随t -的变化遵从如下的规律

0,)(1-→-∝-t t βκρρ （3.8.1）

β称为临界指数。β的实验值约为。如前所述，在临界温度以上，物质处在液，气不分的状态，g ρρ-1为零。

（2）在0±→t 时，物质的等温压缩系数T T H p

p v v )(1)(1∂∂=∂∂-=ρρκ是发散的。这意味着在临界点的邻域，偶然的压强涨落将导致显着的密度涨落。H κ随t 的变化规律为

0,)(+→∝-t t H γκ

0,)(-→-∝'

-t t H λκ （3.8.2） 式中在0>t 时沿临界等容线c ρρ=趋于临界点，在0

（3）在临界等温线0=t 上，压强与临界压强之差c p p -和密度与临界密度之差c ρρ-在临界点的邻域遵从以下规律 δ

ρρc p p -±-0 （3.8.3）

临界指数δ的实验值为

（4）在0±→t 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，v c 随t 的变化规律为

a v t c -∝)( 0+→t

a v t c '--∝)( 0-→t （3.8.4） 式中0±→t 沿临界等容线即c ρρ=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。 现在介绍铁磁----顺磁相边。铁磁物质存在一个临界温度。在C T 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C 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0-→t 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

1。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0=t 时，磁化强度 与外加磁场 的关系为

临界指数δ的实验值约为64≥≥δ。

（4） 在0±→t 时，铁磁物质的零场比热 遵从以下规律

0,>∝-t t c a

0,)(<-∝'-t t c a （3.8.4）

临界指数α和α'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g ρρ-1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。