«Критические явления»

характеризуют поведение веществ в окрестности точек фазовых переходов (См. Фазовый переход) К типичным К. я. относятся: рост сжимаемости вещества с приближением к критической точке (См. Критическая точка) равновесия жидкость — пар; возрастание магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости в окрестности Кюри точек (См. Кюри точка) ферромагнетиков и сегнетоэлектриков (рис. 1); аномалия теплоёмкости в точке перехода гелия в сверхтекучее состояние (рис. 2); замедление взаимной диффузии веществ вблизи критических точек расслаивающихся жидких смесей; аномалии в распространении ультразвука и др.

К К. я. в более узком смысле относят явления, обязанные своим происхождением росту флуктуаций (См. Флуктуации) термодинамических величин (плотности и др.) в окрестности точек фазовых переходов (см. Критическое состояние).

Значительный рост флуктуаций приводит к тому, что в критической точке равновесия жидкость — пар плотность вещества от точки к точке заметно меняется. Возникшая флуктуационная неоднородность вещества существенно влияет на его физические свойства.

Заметно усиливается, например, рассеяние и поглощение веществом излучений. Вблизи критической точки жидкость — пар размеры флуктуаций плотности доходят до тысяч Å и сравниваются с длиной световой волны. В результате вещество становится совершенно непрозрачным, большая часть падающего света рассеивается в стороны. Вещество приобретает опаловую (молочно-мутную) окраску, наблюдается т. н. критическаяопалесценция вещества.

Рост флуктуаций приводит также к дисперсии звука (См. Дисперсия звука) и его сильному поглощению (рис. 3), замедлению установления теплового равновесия (в критической точке оно устанавливается часами), изменению характера броуновского движения (См. Броуновское движение), аномалиям вязкости (См. Вязкость), теплопроводности (См. Теплопроводность) и др. К. я. в чистом веществе.

Аналогичные явления наблюдаются в окрестности критических точек двойных (бинарных) смесей; здесь они обусловлены развитием флуктуаций концентрации одного из компонентов в другом. Так, в критической точке расслоения жидких металлов (например, в системах Li—Na, Ge—Hg) наблюдается критическое рассеяние рентгеновских лучей (рис. 4). В окрестности точек Кюри ферромагнетиков и сегнетоэлектриков, где растут флуктуации намагниченности и диэлектрической поляризации, имеются резкие аномалии в рассеянии и поляризации проходящих пучков нейтронов (рис. 5), в распространении звука и высокочастотного электромагнитного поля. При упорядочении сплавов (например, гидридов металлов) и установлении ориентационного дальнего порядка в молекулярных кристаллах (например, в твёрдом метане, четырёххлористом углероде, галогенидах аммония) также наблюдаются типичные К. я., связанные с ростом флуктуаций соответствующей физической величины (упорядоченности расположения атомов сплава или средней ориентации молекул по кристаллу) в окрестности точки фазового перехода.

Внутреннее сходство К. я. при фазовых переходах в объектах очень разной природы позволяет рассматривать их с единой точки зрения. Установлено, например, что у всех объектов существует одинаковая температурная зависимость ряда физических величин вблизи точек фазовых переходов II рода. Для получения такой зависимости физические величины выражают в виде степенной функции от приведённой температуры τ=(T—Тк)/T,: (здесь Тк — Критическая температура) или др. приведённых величин (см. Приведённое уравнение состояния). Например, сжимаемость газа (дV/др) _Т, восприимчивость ферромагнетика (дМ/дН) _р, _Т или сегнетоэлектрика (дD/дЕ) _р, _Т и аналогичная величина (дх/дμ) _р, _Т для смесей с критической точкой равновесия жидкость — жидкость или жидкость — пар одинаково зависят от температуры вблизи критической точки и могут быть выражены однотипной формулой:

(1)

Здесь V, р, Т — объём, давление и температура, М и D— намагниченность и поляризация вещества, Н и Е— напряжённость магнитного и электрических полей, μ — Химический потенциал компонента смеси, имеющего концентрацию х. Критический индекс γ, возможно, имеет одинаковые или близкие значения для всех систем. Эксперименты дают значения γ, лежащие между 1 и ⁴/₃, однако погрешности в определении у часто оказываются того же порядка, что и различие результатов экспериментов. Аналогичная зависимость теплоёмкости с от температуры для всех перечисленных систем имеет вид:

c_v, с_н, c_E, c_p, _x,...Критические явления τ^-α. (2)

Значения α лежат между нулём и Критические явления 0,2, в ряде экспериментов α оказалось близким к ¹/₈. Для теплоёмкости гелия в точке перехода в сверхтекучее состояние (в λ-точке) формула (2) видоизменяется: С_р Критические явления Inτ.

Подобным же образом (в виде степенного выражения) в окрестности критических точек может быть выражена зависимость удельного объёма газа от давления, магнитного или электрического момента системы от напряжённости поля, концентрации смеси от химического потенциала компонентов. При постоянной температуре, равной Тк,они могут быть записаны следующим образом:

MКритические явления H^1/δ,

.(3)

Экспериментальные значения δ лежат между 4 и 5.

Одинаково зависят от приведённой температуры также: разность удельных объёмов жидкости (V_ж) и пара (V_п), находящихся в равновесии ниже критической точки; магнитный или электрический момент вещества в ферромагнитном или сегнетоэлектрическом состоянии в отсутствие внешнего поля; разность концентраций двух фаз (x₁ и x₂)расслаивающейся смеси; корень квадратный из плотности ρ_s сверхтекучей компоненты в гелии II (см. Сверхтекучесть):

М, D, x₂-x₁≅ x₁-x₂,τ^β(4)

Найденные значения β близки к одной трети (от ⁵/₁₆ до ³/₈). Константы α, β, γ, δ и др., характеризующие поведение физических величин вблизи точек перехода II рода, называются критическими индексами.

В некоторых объектах, например в обычных сверхпроводниках и многих сегнетоэлектриках, почти во всём диапазоне температур вблизи критической точки К. я. не обнаруживаются. С др. стороны, свойства обычных жидкостей в значительном диапазоне температур в окрестности критической точки или свойства гелия вблизи λ-точки почти целиком определяются К. я. Это связано с характером действия межмолекулярных сил. Если эти силы достаточно быстро убывают с расстоянием, то в веществе значительную роль играют флуктуации и К. я. возникают задолго до подхода к критической точке. Если же, напротив, межмолекулярные силы имеют сравнительно дальний радиус действия, как, например, кулоновское и диполь-дипольное взаимодействие в сегнетоэлектриках, то установившееся в веществе среднее силовое поле почти не будет искажаться флуктуациями и К. я. могут обнаружиться лишь предельно близко к точке Кюри.

К. я. — это кооперативные явления, т. е. явления, обусловленные свойствами всей совокупности частиц, а не индивидуальными свойствами каждой частицы. Проблема кооперативных явлений полностью ещё не решена, поэтому нет и исчерпывающей теории К. я.

Все реальные подходы к теории К. я, исходят из эмпирического факта возрастания неоднородности вещества с приближением к критической точке и вводят понятие радиуса корреляции флуктуаций r_c, близкое по смыслу к среднему размеру флуктуации. Радиус корреляции характеризует расстояние, на котором флуктуации влияют друг на друга и, т. о., оказываются зависимыми, «скоррелированными». Этот радиус для всех объектов зависит от температуры по степенному закону:

r_cКритические явленияτ^-ν. (5)

Предполагаемые значения ν лежат между ¹/₂ и ¹/₃.

Зависимости (1), (2) и (5) означают, что значения соответствующих величин становятся бесконечными в точках, где τ обращается в нуль (ср.рис. 1,2,3). Т. о., радиус корреляции неограниченно растет с приближением к точке фазового перехода. Это значит, что любая часть рассматриваемой системы в точке фазового перехода чувствует изменения, произошедшие с остальными частями. Наоборот, вдали от точки перехода флуктуации статистически независимы и случайные изменения состояния вещества в данной точке образца никак не сказываются на остальном веществе. Наглядным примером служит Рассеяние светавеществом.

В случае рассеяния света на независимых флуктуациях (т. н. рэлеевское рассеяние) интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна 4-й степени длины волны и приблизительно одинакова по разным направлениям (рис. 6, а). Рассеяние же на скоррелированных флуктуациях — критическое рассеяние — отличается тем, что интенсивность рассеянного света пропорциональна квадрату длины волны и обладает особой диаграммой направленности (рис. 6, б).

Среди теорий К. я. большое распространение получила теория, рассматривающая вещество в окрестности точки фазового перехода как систему флуктуирующих областей размера Критические явления r_c. Она называется теорией масштабных преобразований (скейлинг-теорией). Скейлинг-теория не позволяет из свойств молекул, составляющих вещество, вычислить критические индексы, но даёт соотношение между индексами, которые позволяют вычислить их все, если известны какие-нибудь два из них. Соотношения между критическими индексами позволяют определить Уравнение состояния и вычислять затем различные термодинамические величины по сравнительно небольшому объёму экспериментального материала. На аналогичном принципе построена теория, связывающая несколькими соотношениями критические индексы кинетических свойств (вязкости, теплопроводности, коэффициент диффузии, поглощения звука и др., также имеющих аномалии в точках фазовых переходов) с индексами термодинамических величин. Эта теория называется динамическим скейлингом в отличие от статического скейлинга, который относится только к термодинамическим свойствам материи.

Лит.: Фишер М., Природа критического состояния, пер. с англ., М., 1968; Покровский В. Л., Гипотеза подобия в теории фазовых переходов, «Успехи физических наук», 1968, т. 94, в. 1, с. 127; Critical phenomena. Wash., 1966.

Рис. 1. Зависимость магнитной восприимчивости χ ферромагнетика (монокристалла Ni) вблизи точки Кюри T_к от приведённой температуры τ = (Т — Т_к)/Т_к.

Рис. 2. Зависимость теплоёмкости гелия C_p (при постоянном давлении) вблизи точки перехода в сверхтекучее состояние (2,19 К) от температуры Т.

Рис. 3. Дисперсия (1) и поглощение (2) звука в аргоне вблизи критической температуры T_к перехода жидкость — пар. А — интенсивность звука, прошедшего через вещество, A₀ — первоначальная интенсивность звука; V_зв — скорость звука.

Рис. 4. Температурная зависимость рассеяния рентгеновских лучей смесью жидких металлов Li — Na. Вблизи критич. точки растворимости смеси (301°С) число квантов рассеянного рентгеновского излучения, зафиксированных счётчиком в единицу времени, имеет резкий максимум.

Рис. 5. Зависимость интенсивности N рассеянного пучка нейтронов, прошедшего через образец никеля, от температуры. Измерялось рассеяние на углы Θ = 10,2' и Θ = 37' (для Θ = 10,2' масштаб уменьшен в 3 раза). Максимум рассеяния соответствует точке Кюри T_к и его положение не зависит от угла рассеяния.

Рис. 6. а — диаграмма направленности рассеяния света на независимых флуктуациях плотности жидкости; б — рассеяние света на скоррелированных флуктуациях (рассеяние при критической температуре). Масштаб в случае б сильно уменьшен.

КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ - проявление особых свойств вещества в критическом состоянии, напр. критическая опалесценция, аномальное возрастание теплоемкости, возрастание магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости в окрестности Кюри точек ферромагнетиков и сегнетоэлектриков.

КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

специфич. явления, наблюдаемые вблизи критических точек и точек фазовых переходов II рода: рост сжимаемости в-ва в окрестности критич. точки равновесия жидкость — пар;.возрастание магн. восприимчивости и диэлектрич. проницаемости в окрестности Кюри точек ТC ферромагнетиков и сегнетоэлектриков (рис. 1); аномалия теплоёмкости в точке перехода гелия в сверхтекучее состояние (см. рис. в ст. (см. СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ)); замедление взаимной диффузии в-в вблизи критич. точек расслаивающихся жидких смесей; аномалии в распространении ультразвука, рассеянии света и др.

К К. я. в более узком смысле относят явления, обязанные своим происхождением росту флуктуации плотности, концентрации и др. физ. величин вблизи точек фазовых переходов.

Рис. 1. Изменение мольной магн. восприимчивости c ферромагнетика (монокристалла Ni) с температурой T вблизи точки Кюри ТC (t — безразмерный параметр, характеризующий степень приближения к точке Кюри).

Значит. рост флуктуации приводит к тому, что, напр., в критич. точке равновесия жидкость — пар плотность в-ва от точки к точке заметно меняется. Возникшая неоднородность существенно влияет на физ. свойства в-ва, в нём, напр., усиливается рассеяние и поглощение излучений. Вблизи критич. точки жидкость — пар размеры флуктуации плотности доходят до тысяч А и сравниваются с длиной световой волны.

Рис. 2. Дисперсия (1) и поглощение (2) звука в Ar вблизи критич. темп-ры Tк перехода жидкость — пар (А — интенсивность звука, прошедшего через в-во, А0 — первонач. интенсивность звука, vзв — скорость звука).

В результате в-во становится совершенно непрозрачным, б. ч. падающего света рассвивается, и в-во приобретает опаловую (молочно-мутную) окраску — наблюдается т. <н. критическая о п а л е с ц е н ц и я. Рост флуктуации плотности приводит также к дисперсии звука и его сильному поглощению (рис. 2), замедлению установления теплового равновесия (в критич. точке оно устанавливается в течение многих часов), изменению хар-ра броуновского движения, аномалиям вязкости, теплопроводности и др.

Рис. 3. Температурная зависимость рассеяния рентг. лучей смесью жидких металлов Li и Na. Вблизи критич. точки растворимости смеси (301°С) число квантов рассеянного рентг. излучения, зафиксированных счётчиком в ед. времени, имеет резкий максимум.

Аналогичные явления наблюдаются вблизи критич. точек двойных (бинарных) смесей; здесь они обусловлены развитием флуктуации концентрации одного из компонентов в другом. Так, в критич. точке расслоения смеси двух жидких металлов (напр., Li—Na, Ge—Hg) наблюдается критич. рассеяние рентг. лучей (рис. 3). При упорядочении сплавов (напр., гидридов металлов) и установлении ориентационного дальнего порядка (см. ДАЛЬНИЙ И БЛИЖНИЙ ПОРЯДОК) в мол. кристаллах (напр., в твердых СН4, ССl4, галогенидах аммония) также наблюдаются типичные К. я., связанные с ростом флуктуации соответствующей физ. величины (упорядоченности расположения атомов сплава или ср. ориентации молекул по кристаллу) в окрестности точки фазового перехода.

Сходство К. я. в объектах разной природы позволяет рассматривать их с единой точки зрения. Установлено, напр., что у всех объектов существует одинаковая температурная зависимость ряда физ. св-в вблизи точек фазовых переходов II рода. Для получения такой зависимости физ. св-во выражают в виде степенной ф-ции от приведённой темп-ры t=(T-Тк)/Тк (здесь Тк — критическая температура) или др. приведённых величин (см. ПРИВЕДЁННЫЕ ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ). Напр., сжимаемость газа (дV/др)Т, восприимчивость ферромагнетика (дМ/дН)р, <Т или сегнетоэлектрика (дDlдE)p,T и аналогичная величина (дx/дm)p,T для смесей с критич, точкой равновесия жидкость — жидкость или жидкость — пар одинаково зависят от темп-ры вблизи критич. точки и могут быть выражены однотипной ф-лой:

(дV/др)T, (дМ/дН)р,T, (дD/дЕ)р,T, (дх/дm)р,T=t-g. (1)

Здесь V, р, Т — объём, давление и темп-pa, М и D — намагниченность и поляризация в-ва, Н и Е —напряжённости магн. и электрич. полей, m — химический потенциал компонента смеси, имеющего концентрацию х. Критич. индекс g имеет, по-видимому, одинаковые или близкие значения для всех систем. Эксперименты дают значения g, лежащие между 1 и 4/3, однако погрешности в определении у часто оказываются того же порядка, что и различие результатов экспериментов. Аналогична зависимость теплоёмкости с от т для всех перечисл. систем, включая теплоёмкость гелия в точке перехода в сверхтекучее состояние (в l-точке):

Значения а лежат в интервале между нулём и 0,2, во многих экспериментах значение a, оказалось близким к 1/8. Для l-точки гелия a=0, и ф-ла (2) для гелия видоизменяется: сp=lnt.

Подобным же образом (в виде степенного выражения) в окрестности критич. точки может быть выражена зависимость уд. объёма газа от давления, магн. или электрич. момента системы от напряжённости поля, концентрации смеси от хим. потенциала компонентов. Константы a, g и др., характеризующие поведение всех физ. величин вблизи точек фазового перехода II рода, наз. критическими индексами.

В нек-рых объектах, напр. в обычных сверхпроводниках и мн. сегнетоэлектриках, почти во всём диапазоне темп-р вблизи критич. точки К. я. не обнаруживаются. С другой стороны, они оказывают влияние на в-ва обычных жидкостей в окрестности критич. точки в значит. диапазоне темп-р и на св-ва гелия вблизи l-точки. Это связано с хар-ром действия межмолекулярных сил. Если эти силы достаточно быстро убывают с расстоянием, то в в-ве значит. роль играют флуктуации и К. я. возникают задолго до подхода к критич. точке. Если же, напротив, молекулы взаимодействуют на значит. расстояниях, что характерно, напр., для кулоновского и диполь-дипольного вз-ствий в сегнетоэлектриках, то установившееся в в-ве ср. силовое поле почти не будет искажаться флуктуациями и К. я. могут обнаружиться лишь предельно близко к точке Кюри.

К. я. — это кооперативные явления, они обусловлены св-вами всей совокупности ч-ц, а не индивидуальными св-вами каждой ч-цы. Проблема кооперативных явлений полностью ещё не решена, поэтому нет и исчерпывающей теории К. я. В существующих подходах к теории К. я. исходят из эмпирич. факта возрастания неоднородности в-ва с приближением его к критич. точке и вводят понятие радиуса корреляции флуктуации rc, близкое по смыслу к ср. размеру флуктуации. Радиус корреляции характеризует расстояние, на к-ром флуктуации влияют друг на друга и, т. о., оказываются зависимыми, «скоррелированными». Этот радиус для всех в-в зависит от темп-ры по степенному закону:

rc = t-v. (3)

Предполагаемые значения v лежат между 1/2 и 2/3.

Из ф-л (1), (2) и (3) видно, что значения соответствующих величин становятся бесконечно большими в точках, где rс обращается в бесконечность (rс неограниченно растёт при t®0, т. е. с приближением к точке фазового перехода). Это означает, что любая часть рассматриваемой системы в точке фазового перехода «чувствует» изменения, произошедшие с остальными частями. Наоборот, вдали от точки перехода флуктуации статистически независимы, и случайные изменения состояния в-ва в данной точке образца не сказываются на остальном в-ве. Наглядным примером служит рассеяние света в-вом. В случае рассеяния света на независимых флуктуациях (т. н. рэлеевское рассеяние) интенсивность рассеянного света обратно пропорц. l4 (l — длина волны) и прибл. одинакова по разным направлениям (рис. 4, а).

Рис. 4. Вверху —диаграмма направленности рассеяния света на независимых флуктуациях плотности жидкости; внизу — рассеяние света на скоррелированных флуктуациях (рассеяние при критич. темп-ре).

При рассеянии же на скоррелированных флуктуациях (т. н. критич. рассеяние) интенсивность рассеянного света пропорц. l2 и обладает особой диаграммой направленности (рис. 4, б). Большое распространение получила теория К. я., рассматривающая в-во близ точки фазового перехода как систему флуктуирующих областей размером =rс. Она наз. теорией масштабных преобразований (с к е й л и н г - т е о р и е й) или теорией подобия. Скейлинг-теория не позволяет прямым образом вычислить критич. индексы, она лишь устанавливает между ними определ. соотношения, на основе к-рых можно вычислить все индексы, если известны к.-н. два из них. Соотношения между критич. индексами позволяют определить уравнение состояния и вычислять затем разл. термодинамич. величины по сравнительно небольшому объёму эксперим. материала. На аналогичном принципе построена теория, связывающая несколькими соотношениями критич. индексы кинетич. св-в (вязкости, теплопроводности, диффузии, поглощения звука и др., также имеющих аномалии в точках фазовых переходов) с индексами термодинамич. величин. Эта теория наз. д и н а м и ч е с к и м с к е й л и н г о м в отличие от теории статич. скейлинга, к-рая относится только к термодинамич. св-вам материи.

особенности в поведении в-ва, наблюдаемые вблизи критич. точек однокомпонентных систем и р-ров (см. Критическое состояние), а также вблизи точек фазовых переходовII рода. Важнейшие К. я. в окрестности критич. точки равновесия жидкость - газ: увеличение сжимаемости в-ва, аномально большое поглощение звука, резкое увеличение рассеяния света (т. наз. критич. опалесценция), рентгеновских лучей, потоков нейтронов; изменение характера броуновского движения; аномалии вязкости, теплопроводности и др. В окрестности Кюри точки у ферромагнетиков и сегнетоэлектриков наблюдается аномальное возрастание магн. восприимчивости или диэлектрич. проницаемости соотв., вблизи критич. точек р-ров - замедление взаимной диффузии компонентов. К. я. могут наблюдаться и вблизи точек т. наз. слабых фазовых переходов I рода, где скачки энтропии и плотности очень малы и переход, т. обр., близок к фазовому переходу II рода, напр. при переходе изотропной жидкости в нематич. жидкий кристалл. Во всех случаях при К. я. наблюдается аномалия теплоемкости. К. я. оказывают влияние и на кинетику хим. процессов вблизи критич. значений параметров состояния. В частности, скорость гетерог. р-ций в диффузионной области протекания перестает зависеть от состава системы. Скорость бимолекулярных р-ций с малой энергией активации вблизи критич. точки резко замедляется. Эксперим. исследование К. я. сильно затруднено из-за того, что вблизи критич. состояния система чрезвычайно чувствительна к внеш. воздействиям. Характер критич. аномалий искажается в результате гравитации (гидростатич. градиент давления приводит к заметной неоднородности плотности вблизи критич. точки жидкости), температурной неоднородности (тепловое равновесие не устанавливается в течение мн. часов или даже суток), наличия примесей. Совр. флуктуац. теория К. я. рассматривает их с единой точки зрения как кооперативные явления, обусловленные св-вами всей совокупности частиц. У всех объектов существуют физ. св-ва, температурная зависимость к-рых вблизи точек переходов разл. природы одинакова или почти одинакова. Это - т. наз. параметры порядка, флуктуации к-рых вблизи точек переходов аномально растут. Для чистых жидкостей таким параметром является плотность; для р-ров, в т. ч. полимерных и мицеллярных, - состав; для ферромагнетиков и сегнетоэлектриков - намагниченность и поляризация соотв.; для смектич. жидких кристаллов - амплитуда волны плотности и т. п. Предполагается, что тсрмодинамич. ф-ции в-ва вблизи его критич. точки одинаковым образом зависят от т-ры и параметра порядка при соответствующем выборе термодинамич. переменных (т. наз. изоморфность К. я.). Эксперим. переменные могут не совпадать с изоморфными, тогда характер критич. аномалий меняется. Гипотеза изоморфности К. я. позволяет описать св-ва сложного объекта вблизи критич. точки, напр. многокомпонентного р-ра, на языке простой ("идеальной") системы. Для такой системы зависимости разных св-в от величины t=(Т-T _к)//T _к, где Т - т-ра, Т _к - критич. т-ра, и от параметра порядка имеют вид степенных ф-ций, причем показатели степени, определяемые экспериментально, одинаковы или очень близки для разл. систем; они наз. критич. показателями. Классич. теория К. я. восходит к Дж. Гиббсу и Я. Вандер-Ваальсу; в наиб. общей формулировке термодинамич. потенциалы предполагаются аналит. ф-циями и м. б. представлены разложением в ряд по степеням параметра порядка (разложение Ландау). Флуктуации предполагаются малыми, поэтому их учет не меняет характера критич. аномалий термодинамич. и кинетич. величин, возникают лишь малые поправки. Для нек-рых объектов, напр. сверхпроводников и сегнетоэлектриков, в экспериментально достижимой окрестности фазового перехода К. я. хорошо описываются классич. теорией, т. е. флуктуации параметра порядка не оказывают существ. влияния на характер критич. аномалий. Это связано с особенностями межмол. взаимодействия. Если оно проявляется на расстояниях, существенно превышающих среднее расстояние между частицами, то установившееся в в-ве среднее силовое поле почти не искажается флуктуациями и К. я. обнаруживаются лишь вблизи точки перехода. Если же силы взаимод. достаточно быстро убывают с расстоянием, флуктуации играют значит. роль, К. я. возникают задолго до подхода к критич. точке и не описываются классич. теорией. К. я. носят классич., не-флуктуационный характер и в т. наз. трикритич. точке на диаграмме состояния, где линия фазовых переходов I рода переходит в линию фазовых переходов II рода, напр. в трикритич. точке l-переходов в р-ре ³ НеЧ ⁴ Не. Флуктуац. теория К. я. базируется на гипотезе масштабной инвариантности (скейлинг), осн. положение к-рой состоит в том, что флуктуации параметра порядка (плотности, концентрации, намагниченности и т. п.) вблизи критич. точки велики. Радиус корреляции r _с (величина, близкая по смыслу к среднему размеру флуктуации, единств. характерный масштаб в системе) значительно превосходит среднее расстояние между частицами. Можно сказать, что в-во в критич. области по своей структуре - это "газ", состоящий из капель, размер к-рых r _с растет по мере приближения к критич. точке. В критич. точке радиус корреляции становится бесконечно большим. Это означает, что любая часть в-ва в точке перехода "чувствует" изменения, произошедшие в остальных частях. Наоборот, вдали от критич. точки флуктуации статистически независимы и случайные изменения состояния в данной части не сказываются на св-вах системы в др. ее частях. Наглядным примером может служить критич. опалесценция. В случае рассеяния на независимых флуктуациях (т. наз. рэлеевское рассеяние) интенсивность рассеянного света I~1/l⁴ (l - длина волны света) и имеет симметричное распределение в пространстве; при критич. опалесценции I~1/l² и имеет распределение, вытянутое в направлении падающего света. Гипотеза масштабной инвариантности устанавливает универсальные соотношения между критич. показателями, так что лишь два показателя остаются независимыми. Эти соотношения позволяют определить уравнение состояния и вычислить затем разл. термодинамич. величины по сравнительно небольшому эксперим. материалу. наиб. распространение получила т. наз. линейная модель ур-ния состояния, содержащая лишь два параметра, определяемых экспериментально, помимо критич. параметров в-ва. Численные значения критич. показателей зависят от размерности пространства и от характера симметрии параметра порядка. Напр., если параметр порядка - скаляр (плотность, концентрация) или одномерный вектор (намагниченность анизотропного ферромагнетика), то К. я. в таких системах характеризуются одинаковыми критич. показателями, т. е. входят в один и тот же класс универсальности. Гипотеза масштабной инвариантности обобщается и на кинетич. явления (динамич. скейлинг). Предполагается, что вблизи критич. точки кроме характерного размера r _с существует также характерное время t _с - время релаксации критич. флуктуации, растущее по мере приближения к точке перехода. На расстояниях порядка r _с t _с=r_c²/D, где D - кинетич. характеристика, имеющая разл. смысл для фазовых переходов разной природы. Так, для критич. точки жидкость - газ D - коэф. температуропроводности, в р-рах D - коэф. взаимной диффузии компонентов. Для всех жидкостей и р-ров D определяется по ф-ле Стокса-Эйнштейна: D=kТ/6phr_c, где k - постоянная Больцмана, h- сдвиговая вязкость. Отсюда следует, что в критич. точке (r _с::) D:0, а t _с::. С уменьшением коэф. D и ростом t _с связано аномальное сужение полосы мол. рассеяния света и аномальное поглощение звука вблизи критич. точек жидкостей и р-ров. Изменение т-ры в звуковой волне приводит к отклонению ф-ции распределения флуктуации от ее равновесного значения. Релаксация ф-ции распределения к равновесному значению происходит по диффузионному механизму, т. е. является диссипативным процессом. При частоте звука, сравнимой с обратным временем релаксации t_c^-1, звук практически полностью затухает, пройдя расстояние, равное всего неск. длинам волн. Кинетич. масштабная инвариантность объясняет также экспериментально наблюдаемое бесконечное увеличение коэф. теплопроводности и сдвиговой вязкости в критич. точках жидкостей. Лит.: Фишер М., Природа критического состояния, пер. с англ., М., 1986; МаШ., Современная теория критических явлений, пер. с англ., М., 1980; Паташинский А. З., Покровский В. Л., Флуктуационная теория фазовых переходов, 2 изд., М., 1982; Анисимов М. А., Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах, М., 1987. М. А. Анисимов.

крити́ческие явле́ния

проявление особых свойств вещества в критическом состоянии, например критическая опалесценция, аномальное возрастание теплоёмкости, возрастание магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости в окрестности Кюри точек ферромагнетиков и сегнетоэлектриков.

* * *

КРИТИ́ЧЕСКИЕ ЯВЛЕ́НИЯ, проявление особых свойств вещества в критическом состоянии(см. КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ), напр. критическая опалесценция(см. ОПАЛЕСЦЕНЦИЯ), аномальное возрастание теплоемкости, возрастание магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости в окрестности Кюри точек(см. КЮРИ ТОЧКА) ферромагнетиков и сегнетоэлектриков.

проявление особых свойств в-ва в критическом состоянии, напр. критич. опалесценция, аномальное возрастание теплоёмкости, возрастание магн. восприимчивости и диэлектрич. проницаемости в окрестности Кюри точек ферромагнетиков и сегнетоэлектриков, возникновение сверхпроводимости у проводников при их охлаждении ниже критич. темп-ры.