Fase (stof)

For alternative betydninger, se Fase. (Se også artikler, som begynder med Fase)

Denne artikel bør gennemlæses af en person med fagkendskab for at sikre den faglige korrekthed.

I fysikvidenskaberne er en fase eller stoffase tilstanden af det makroskopiske fysiske system, som har nogenlunde ens kemisk sammensætning og fysiske egenskaber (f.eks. massefylde, krystalstruktur, brydningsindeks...). De mest kendte faseeksempler (tidligere tilstandsformer) er:

Mindre kendte faser omfatter stoffers diamagnetiske, paramagnetiske og ferromagnetiske faser.

Her er en liste over nogle af de videnskabeligt anerkendte stoffaser:

Plasma (ioniseret gas)
Gasform, "luftformigt"
Flydende form
Superflydende fast stof^[1]^[2]^[3]^[4]^[5]
Fast form
Bose-Einstein kondensat
Fermionisk kondensat^[6]^[7]^[8]

Her udover spekuleres der i yderligere tilstandsformer/faser:

"polariton superfluid"^[9]
"Bosonmetal"^[10]
"Nukleonagtig stof" – En neutronstjernes massefylde antages at være tæt på atomkerners og neutroners.^[11]
"Kvarkagtig stof" – En kvarkstjernes massefylde antages at være højere end neutronstjerners og dermed atomkerners og neutroners.^[11]

Definition

Selvom faser er begrebsmæssigt simple, er de svære at definere præcist. En god definition af et systems fase, er et område i parameterrummet af systemets termodynamiske variable, hvor den "frie" energi opfører sig matematisk analytisk.

Det kan også udtrykkes ved, at 2 forskellige tilstande af et system er samme fase, hvis de kan afbildes til hinanden uden hop eller knæk i enhver af deres termodynamiske egenskaber.

Når et system går fra en fase til en anden, vil der generelt være et hop eller knæk, hvor den frie energi er ikke-analytisk. Dette benævnes en faseovergang, faseskift. Almindelige kendte faseovergange er smeltning (fast til flydende) og fortætning (kondensation, gas til flydende). Grundet denne ikke-analytiske, vil den frie energi på begge sider af faseskiftet være 2 forskellige analytiske funktioner, så en eller flere termodynamiske egenskaber vil opføre sig meget anderledes efter faseskiftet.

Den mest undersøgte termodynamiske egenskab er varmekapacitet. Ved et faseskift vil varmekapacitetsgrafen enten gå mod uendelig, hoppe til en anden værdi eller knække (en af funktionens afledede vil være diskontinuert).

Mulige varmekapacitetsgrafer (C) som funktion af temperaturen (T) ved et faseskift.

Fasediagram

Et systems forskellige faser kan repræsenteres med et fasediagram. Diagrammets akser er de relevante termodynamiske variable. For simple mekaniske systemer anvendes hovedsageligt tryk og temperatur. Den følgende figur viser et fasediagram for et typisk stof som udviser en fast-, flydende- og gas-fase.

Et typisk fasediagram
Fasediagram for jern-jernkarbid (Fe-Fe₃C. Procentdelen af kulstof (x-aksen) og temperaturen (y-aksen) definerer fasen for jernkarbid-legeringen og dermed dens fysiske og mekaniske egenskaber. Andelen af kulstof afgør typen af den jernholdige legering som enten jern, stål eller støbejern.

Anvendelse

En kendt formel, idealgasligningen, som gælder for en afspærret mængde af en ideel gas og tilnærmelsesvis også for molekylære gasser er:

P * V = n * R * T

Formlen gælder netop kun når stoffet er på gasform. Hvis noget af stoffet fortættes eller sublimerer, så gælder formlen ikke. Så længe formlens variable er strengt matematisk positive er formlen analytisk, lige meget hvilken variabel der isoleres.

Blandinger

Stofblandinger kan være homogene eller heterogene, eller i flere faser, f.eks. en blanding af olie og vand (se billedet).

Kilder/referencer

^ "2 September 2004, physicsweb: Evidence for supersolid is firmed up". Arkiveret fra originalen 11. december 2004. Hentet 19. december 2004.
^ 2005-05-18, sciencedaily: Supersolids -- Can Atoms Unify And Flow Without Resistance? Arkiveret 20. maj 2005 hos Wayback Machine Citat: "...Chan points out, the behavior of any atom can be described both as a particle and as a wave-packet...When the supercooled helium atoms expanded out into one another, he continues, they lost their individuality and became one giant atom..."
^ 2004-01-15, ScienceDaily: Probable Discovery Of A New, Supersolid, Phase Of Matter Arkiveret 5. februar 2015 hos Wayback Machine Citat: "...We apparently have observed, for the first time, a solid material with the characteristics of a superfluid...but because all its particles are in the identical quantum state, it remains a solid even though its component particles are continually flowing..."
^ 2 September 2004, physicsweb: Evidence for supersolid is firmed up Arkiveret 11. december 2004 hos Wayback Machine Citat: "...However, many of the details of the experiment are not yet understood. In an accompanying article Tony Leggett of the University of Illinois in Urbana writes that the experiment "will force theorists to revise dramatically the generally accepted picture of crystalline solid helium-4."..."
^ 14 January 2004, physicsweb: Supersolid is seen in the lab Arkiveret 11. december 2004 hos Wayback Machine Citat: "...Eun-Seong Kim and Moses Chan of Pennsylvania State University say their supersolid behaves like a superfluid – a liquid that flows without resistance – but has all the characteristics of a crystalline solid (E Kim and M H W Chan 2004 Nature 427 225)..."
^ 29 January, 2004, BBC News: New form of matter created in lab Arkiveret 11. april 2004 hos Wayback Machine Citat: "...The new matter is the sixth known form of matter after solids, liquids, gasses, plasma and a Bose-Einstein condensate..."
^ "2004-01-29, Sciencedaily: NIST/University Of Colorado Scientists Create New Form Of Matter: A Fermionic Condensate". Arkiveret fra originalen 6. januar 2015. Hentet 29. januar 2004.
^ Number 671 #1, January 30, 2004, AIP: Halfway Across the BEC-BCS Prairie Arkiveret 11. februar 2004 hos Wayback Machine Citat: "...describes the new NIST state as "a dramatic new sort of fermionic condensate, basically Cooper pairing in the strong-field limit."..."
^ May 18, 2007, Science Daily: Scientists test new form of matter Arkiveret 27. september 2007 hos Wayback MachineCitat: "...In the new state of matter -- called a polariton superfluid -- the wave behavior leads to a pure light beam similar to that from a laser but is much more energy efficient...He said it may be demonstrated at room temperature in the near future...."
^ "Science Daily, 2003-10-10: Metallic Phase For Bosons Implies New State Of Matter". Arkiveret fra originalen 5. februar 2015. Hentet 11. oktober 2003.
^ ^a ^b Ing.dk: Ny form for materiale fundet i universet (Webside ikke længere tilgængelig) Citat: "...Astronomerne tror, at det måske skyldes, at disse stjerner er sammensat af rene kvark-partikler, eller at de indeholder krystaller fra sub-nukleare partikler..."

Se også

Eksterne henvisninger

Fagenes Infoguide: Ungdomsuddannelser – Faststoffysik Arkiveret 26. november 2003 hos Wayback Machine
2004-11-19, Sciencedaily: Unusual Material That Contracts When Heated Is Giving Up Its Secrets To Physicists Arkiveret 22. november 2004 hos Wayback Machine
24 September 2004, physicsweb: Law-breaking liquid defies the rules Arkiveret 4. juli 2007 hos Wayback Machine Citat: "...Marie Plazanet and colleagues at the Université Joseph Fourier and the Institut Laue-Langevin, both in Grenoble, found that a simple solution composed of two organic compounds becomes a solid when it is heated to temperatures between 45 and 75 °C, and becomes a liquid when cooled again..."
Perimeter Institute for Theoretical Physics (2012, December 21). The 500 phases of matter: New system successfully classifies symmetry-protected phases. ScienceDaily Arkiveret 25. december 2012 hos Wayback Machine Citat: "...Forget solid, liquid, and gas: there are in fact more than 500 phases of matter..."

[1] "2 September 2004, physicsweb: Evidence for supersolid is firmed up". Arkiveret fra originalen 11. december 2004. Hentet 19. december 2004.

[2] 2005-05-18, sciencedaily: Supersolids -- Can Atoms Unify And Flow Without Resistance? Arkiveret 20. maj 2005 hos Wayback Machine Citat: "...Chan points out, the behavior of any atom can be described both as a particle and as a wave-packet...When the supercooled helium atoms expanded out into one another, he continues, they lost their individuality and became one giant atom..."

[3] 2004-01-15, ScienceDaily: Probable Discovery Of A New, Supersolid, Phase Of Matter Arkiveret 5. februar 2015 hos Wayback Machine Citat: "...We apparently have observed, for the first time, a solid material with the characteristics of a superfluid...but because all its particles are in the identical quantum state, it remains a solid even though its component particles are continually flowing..."

[4] 2 September 2004, physicsweb: Evidence for supersolid is firmed up Arkiveret 11. december 2004 hos Wayback Machine Citat: "...However, many of the details of the experiment are not yet understood. In an accompanying article Tony Leggett of the University of Illinois in Urbana writes that the experiment "will force theorists to revise dramatically the generally accepted picture of crystalline solid helium-4."..."

[5] 14 January 2004, physicsweb: Supersolid is seen in the lab Arkiveret 11. december 2004 hos Wayback Machine Citat: "...Eun-Seong Kim and Moses Chan of Pennsylvania State University say their supersolid behaves like a superfluid – a liquid that flows without resistance – but has all the characteristics of a crystalline solid (E Kim and M H W Chan 2004 Nature 427 225)..."

[6] 29 January, 2004, BBC News: New form of matter created in lab Arkiveret 11. april 2004 hos Wayback Machine Citat: "...The new matter is the sixth known form of matter after solids, liquids, gasses, plasma and a Bose-Einstein condensate..."

[7] "2004-01-29, Sciencedaily: NIST/University Of Colorado Scientists Create New Form Of Matter: A Fermionic Condensate". Arkiveret fra originalen 6. januar 2015. Hentet 29. januar 2004.

[8] Number 671 #1, January 30, 2004, AIP: Halfway Across the BEC-BCS Prairie Arkiveret 11. februar 2004 hos Wayback Machine Citat: "...describes the new NIST state as "a dramatic new sort of fermionic condensate, basically Cooper pairing in the strong-field limit."..."

[9] May 18, 2007, Science Daily: Scientists test new form of matter Arkiveret 27. september 2007 hos Wayback MachineCitat: "...In the new state of matter -- called a polariton superfluid -- the wave behavior leads to a pure light beam similar to that from a laser but is much more energy efficient...He said it may be demonstrated at room temperature in the near future...."

[10] "Science Daily, 2003-10-10: Metallic Phase For Bosons Implies New State Of Matter". Arkiveret fra originalen 5. februar 2015. Hentet 11. oktober 2003.

[kvark-11] Ing.dk: Ny form for materiale fundet i universet (Webside ikke længere tilgængelig) Citat: "...Astronomerne tror, at det måske skyldes, at disse stjerner er sammensat af rene kvark-partikler, eller at de indeholder krystaller fra sub-nukleare partikler..."

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]