Метастабільний стан (в термодинаміці) - енциклопедія, велика радянська
українські універсальні енциклопедії
Брокгауз-Ефрон і Велика Радянська Енциклопедія
об'єднаний словник
Метастаб і льное відбутися я ня (від мета. І лат. Stabilis - стійкий) в термодинаміки, стан нестійкої рівноваги фізичної макроскопічної системи, в якому система може перебувати тривалий час. Прикладами М. с. можуть служити перегріта або переохолоджена рідина і переохолоджену (пересичений) пар (див. Перегрів і Переохолодження). Рідина, наприклад воду, ретельно очищену від сторонніх твердих частинок і бульбашок газу (центрів паротворення), можна нагріти до температури, що перевищує температуру кипіння при даному тиску. Якщо в перегрітій рідині виникнуть центри паротворення (або їх введуть штучно), то рідина вибухоподібно перейде в пар - стійке при даній температурі стан. У свою чергу пар, в якому відсутні центри конденсації (тверді частинки, іони), можна охолодити до температур, при яких стійко рідкий стан, і отримати переохолоджену (пересичений) пар. У природі пересичена водяна пара утворюється, наприклад, при підйомі нагрітих в поверхні землі повітряних мас і подальшому їх охолодженні, викликаному адіабатичним розширенням.
Виникнення М. с. пояснюється теорією термодинамічної рівноваги (див. Рівновага термодинамічна). Стану рівноваги замкнутої системи відповідає максимум ентропії S. При постійному об'ємі V і температурі Т рівновазі відповідає мінімум вільної енергії F (енергії Гельмгольца), а при постійному тиску р і температурі Т - мінімум термодинамічного потенціалу G (гиббсової енергії). Однак певним значенням зовнішніх параметрів (р, V, Т і ін.) Може відповідати декілька екстремумів (максимумів або мінімумів) однієї з перерахованих вище функцій (рис.). Кожному з відносних мінімумів функції F або G відповідає стійке по відношенню до малих впливів або флуктуацій стан. Такі стани називають метастабільними. При невеликому відхиленні від М. с. система повертається в цей же стан, однак по відношенню до великих відхилень від рівноваги вона нестійка і переходить в стан з абсолютним мінімумом термодинамічного потенціалу, яке стійке по відношенню до кінцевих відхилень значень фізичних параметрів від рівноважних. Т. о. хоча М. с. в певних межах стійко, рано чи пізно система все ж переходить в абсолютно стійкий, стабільний стан.
Можливість реалізації М. с. пов'язана з ос Обен переходу системи з одного стійкого стану в інше (з кінетикою фазових переходів). Фазовий перехід починається з виникнення зародків нової фази: бульбашок пари в разі переходу рідини в пар, мікрокристаликів при переході рідини в кристалічний стан і т.п. Для освіти зародків потрібно вчинення роботи зі створення поверхонь розділу двох фаз. Зростанню утворилися зародків заважає значна кривизна їх поверхні (див. Капілярні явища), що приводить при кристалізації до підвищеної розчинності зародків твердої фази, при конденсації рідини - до випаровування дрібних крапельок, при паротворенні - до підвищеної пружності пари усередині маленьких бульбашок. Зазначені фактори можуть зробити енергетично невигідним виникнення і зростання зародків нової фази і затримати перехід системи з М. с. в абсолютно стійкий стан п ри даних умовах.
М. с. широко зустрічаються в природі і використовуються в науці і техніці. З існуванням М. с. пов'язані, наприклад, явища магнітного, електричного і пружного гістерезису, утворення пересичених розчинів, гарт стали, виробництво скла і т.д.
Літ .: Ландау Л. Д. Ліфшиц Е. М. Статистична фізика, М. 1964; Штрауф Е. А. Молекулярна фізика, М. - Л. 1949; Самойлович А. Г. Термодинаміка і статистична фізика, 2 видавництва. М. 1955; Скрипів В. П. Метастабільна рідина, М. +1972.
Ф1 (х1) - абсолютний мінімум функції Ф (нею можуть бути потенціали F мул і G), Ф2 (х2) - відносний мінімум функції; х - змінний фізичний параметр (наприклад, обсяг V), інші параметри постійні.