БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (КР) Страница 152

  В случае сверхпроводников II рода различают два значения К. т. (Ik,1 и Ik,2). В идеальном сверхпроводнике (не содержащем дефектов кристаллической решётки) при Ik,1 магнитная индукция становится отличной от нуля, магнитное поле проникает в сверхпроводник. Проникшее поле имеет вид нитей с квантованным магнитным потоком, вокруг которых циркулируют сверхпроводящие токи (т. н. вихревые нити). Диссипация энергии в этом случае связана с изменением магнитного поля во времени из-за движения вихревых нитей и с соответствующим индукционным электрическим полем. В реальных сверхпроводниках II рода (с дефектами кристаллической решётки) омическое сопротивление возникает при Ik,2 > Ik,1 т. к. дефекты препятствуют движению вихревых нитей. Подробнее см. в ст. Сверхпроводимость.

  С. В. Иорданский.

Критическое давление

Крити'ческое давле'ние, давление вещества (или смеси веществ) в его критическом состоянии. При давлении ниже К. д. система может распадаться на две равновесные фазы — жидкость и пар. При К. д. теряется физическое различие между жидкостью и паром, вещество переходит в однофазное состояние. Поэтому К. д. можно определить ещё как предельное (наивысшее) давление насыщенного пара в условиях сосуществования жидкой фазы и пара. К. д. представляет собой физико-химическую константу вещества. Значения К. д. pk некоторых веществ приведены в ст. Критическая точка. Критическое состояние смесей отличается зависимостью К. д. от состава и, т. о., осуществляется не в единственной критической точке, а на кривой, все точки которой характеризуются критическими значениями давления, температуры и концентрации.

Критическое магнитное поле

Крити'ческое магни'тное по'ле в сверхпроводниках, характерное значение напряжённости магнитного поля Нк, выше которого происходит полное или частичное проникновение магнитного поля в сверхпроводник. При Н < Нк магнитное поле в сверхпроводник не проникает, его экранирует поверхностный сверхпроводящий ток (Мейснера эффект).

  В сверхпроводниках I рода, к которым относится большинство чистых металлов, вещество переходит в нормальное, несверхпроводящее состояние при Н > Нк (фазовый переход I рода). Соответствующее этому переходу К. м. п. Нк связано с разностью свободных энергий нормальной (Fн) и сверхпроводящей (Fcп) фаз соотношением Fн—Fcп=Н2к /8p.

  Наибольшее значение Нк у чистых металлов достигает сотен гс. Если магнитное поле оказывается равным Нк только в некоторых точках поверхности сверхпроводника II рода, то в нём возникает промежуточное состояние (чередование сверхпроводящей и нормальной фаз).

  В сверхпроводниках II рода (в основном это сплавы) проникновение магнитного поля начинается с образования вихревых нитей, в сердцевине которых в основном сосредоточено магнитное поле. При этом вещество ещё не теряет сверхпроводящих свойств, и в нём текут токи, частично экранирующие внешнее поле. Соответствующее началу проникновения К. м. п. Нк,1 меньше термодинамического критического поля Нк для этих веществ. Полное проникновение магнитного поля в сверхпроводник наступает при Нк,2, которое может быть как меньше, так и больше Нк. В т. н. жёстких сверхпроводниках, из которых наиболее известны сплавы на основе ниобия, К. м. п. Hk,2>> Hk,1 и достигает сотен тыс. гс. При значениях поля Hk,1 и Hk,2 происходят фазовые переходы II рода. Подробнее см. Сверхпроводимость.

  С. В. Иорданский.

Критическое состояние

Крити'ческое состоя'ние,

  1) предельное состояние равновесия двухфазных систем, в котором обе сосуществующие фазы становятся тождественными по своим свойствам;

  2) состояние вещества в точках фазовых переходов II рода. К. с., являющееся предельным случаем равновесия двухфазных систем, наблюдается в чистых веществах при равновесии жидкость — газ, а в растворах — при фазовых равновесиях газ — газ, жидкость — жидкость, жидкость — газ, твёрдое тело — твёрдое тело. На диаграммах состояния К. с. соответствуют предельные точки на кривых равновесия фаз (рис. 1, а и б) — т. н. критические точки. Согласно фаз правилу критическая точка изолирована в случае двухфазного равновесия чистого вещества, а, например, в случае бинарных (двойных) растворов критические точки образуют критическую кривую в пространстве термодинамических переменных (параметров состояния). Значения параметров состояния, соответствующие К. с., называются критическими — критическое давление рк, критическая температура Тк, критический объём Vк, критический состав хк и т. д.

  С приближением к К. с. различия в плотности, составе и др. свойствах сосуществующих фаз, а также теплота фазового перехода и межфазное поверхностное натяжение уменьшаются и в критической точке равны нулю.

  В том случае, когда кривая сосуществования фаз заканчивается критической точкой, оказывается принципиально возможным перевести вещество из одной фазы в другую, минуя область расслоения на две фазы (например, газ превратить в жидкость, изменяя его состояние по линии AB на рис. 1, а, т. е. минуя область, где одновременно существуют газ и жидкость). Сжижение (конденсацию) газов возможно осуществить лишь после их охлаждения до температур, меньших Тк.

  В двухкомпонентных системах характерные для К. с. явления наблюдаются не только в критической точке равновесия жидкость — газ, но и в так называемых критических точках растворимости, где взаимная растворимость компонентов становится неограниченной. Существуют двойные жидкие системы как с одной, так и с двумя критическими точками растворимости — верхней и нижней (рис. 2, а и б). Эти точки являются температурными границами области расслаивания жидких смесей на фазы различного состава. Аналогичной способностью к расслаиванию при определённой критической температуре обладают некоторые растворы газов и твёрдые растворы.

  Переход системы из однофазного состояния в двухфазное вне критической точки и изменение состояния в самой критической точке происходят существенно различным образом. В первом случае при расслоении на две фазы переход начинается с появления (или исчезновения) бесконечно малого количества второй фазы с конечным отличием её свойств от свойств первой фазы, что сопровождается выделением или поглощением теплоты фазового перехода. Поскольку возникновение такой новой фазы приводит к появлению поверхности раздела и поверхностной энергии, для её рождения требуются достаточно большие зародыши. Это означает, что при таком фазовом переходе (фазовом переходе 1 рода) возможны переохлаждение или перегрев первой фазы, обусловленные отсутствием жизнеспособных зародышей новой фазы.

  Фазовые переходы в критических точках, являющихся предельными на кривых равновесия фаз, представляют собой частные случаи фазовых переходов II рода. В критической точке фазовый переход происходит в масштабах всей системы. Флуктуационно возникающая новая фаза по своим свойствам бесконечно мало отличается от свойств исходной фазы. Поэтому возникновение новой фазы не связано с поверхностной энергией, т. е. исключается перегрев или переохлаждение, и фазовый переход не сопровождается выделением или поглощением теплоты и скачком удельного объёма (фазовый переход II рода).

  При приближении к К. с. физические свойства вещества резко изменяются: теоретически неограниченно возрастает теплоёмкость и восприимчивость системы к внешним воздействиям (например, изотермическая сжимаемость в случае чистых жидкостей, магнитная восприимчивость у ферромагнетиков и т. д.); наблюдается целый ряд др. особенностей в поведении вещества (см. Критические явления). Эти особенности, характерные для К. с. объектов самой различной природы, объясняются тем, что свойства вещества в К. с. определяются не столько конкретными законами взаимодействия его частиц, сколько резким возрастанием в веществе флуктуаций и радиуса их корреляции. Знание особых свойств веществ в К. с. необходимо во многих областях науки и техники: при создании энергетических установок на сверхкритических параметрах, сверхпроводящих систем, установок для сжижения газов, разделения смесей и т. д.