جدول المحتويات
مراحل في توصيف المواد
الكثافة أو الصلابة أو السعة الحرارية أو التوصيل الحراري
الحالة الإجمالية
الطور بشكل عام هو تركيبة متجانسة في المادة. ويمكن أن يشير مصطلح الطور إلى
تحديد التحولات الطورية
من أجل معرفة المرحلة التي تكون فيها المادة في الوقت الحالي وبالتالي متى تنطبق عليها البارامترات، من المهم بشكل خاص معرفة وتحديد التحولات الطورية للمادة. يحدث ذلك عادةً عند الوصول إلى درجة حرارة أو مستوى طاقة معين أو تحت تأثير الضغط أو التفاعلات الكيميائية.
ما هي التحولات الطورية الموجودة؟
نظرًا لوجود تعاريف مختلفة للمراحل (الحالة الكلية، التركيب البلوري، التحوير، إلخ)، هناك أيضًا انتقالات طورية مختلفة. في أبسط الحالات، يصف الانتقال الطوري التغير الخالص للحالة الكلية، على سبيل المثال من الحالة الصلبة إلى السائلة.
عادةً ما تُصنَّف الانتقالات الطورية وفقًا لما يسمى بتصنيف إيرينفيست وفقًا لبول إهرنفست.
المتغيرات الديناميكية الحرارية الحجم أو الإنثالبي أو الإنتروبي كدالة لدرجة الحرارة.
ثم تُصنَّف التحولات الطورية إلى ما يسمى بالرتب، حيث يكون للرتبة التاسعة لدالة المتغير قيد النظر انقطاع في المشتقة التاسعة مقابل درجة الحرارة. تكون الدالة نفسها والمشتقة ن-1 متصلة. في الممارسة العملية، يتم التمييز فقط بين التحولات الطورية من الرتبة الأولى والثانية.
أمثلة على التحولات الطورية من الدرجة الأولى هي
- التحويلات بين الحالات الصلبة والسائلة والغازية للتجمع، على وجه الخصوص
- الذوبان (الانتقال من الحالة الصلبة إلى السائلة)
- التبخير (الانتقال من سائل إلى غاز)
- التسامي (الانتقال من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية)
- التصلب أو التجمد (الانتقال من سائل إلى صلب)
- التكثيف (الانتقال من الغازي إلى السائل)
- إعادة التسامي (الانتقال من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة)
أمثلة على الانتقالات الطورية من الرتبة الثانية هي
- التغير بين السلوك المغناطيسي الحديدي والسلوك شبه المغناطيسي عند درجة الحرارة الحرجة أو درجة حرارة كوري
- التغيير بين الرتب المغناطيسية المختلفة، على سبيل المثال من التركيب المغناطيسي القابل للتبديل إلى التركيب المغناطيسي غير القابل للتبديل
- التغير بين السلوك الكهربائي الحديدي والسلوك العازل الكهربائي
- الانتقال إلى الموصلية الفائقة
كيف يمكنني قياس التحولات الطورية؟
يتم تحليل التحولات الطورية عادةً في التحليل الحراري باستخدام مسعر المسح التفاضلي مسعر المسح الضوئي التفاضلي (DDK).
إذا أظهرت مادة ما انتقالًا طوريًا في نطاق درجة الحرارة المقاسة أثناء القياس باستخدام DSC، على سبيل المثال بسبب تغير في الحالة التجميعية أو البنية البلورية، يمكن تتبع ذلك بسهولة باستخدام DSC. يصاحب معظم التحولات الطورية امتصاص الطاقة (ماص للحرارة) أو إطلاقها (طارد للحرارة)، وهو ما يمكن اكتشافه كتغير في تدفق الحرارة.
يقيس DSC هذه التغيرات في درجات الحرارة باستخدام واحد أو أكثر من المزدوجات الحرارية الملامسة لحامل العينة، وبالتالي يقارن درجة حرارة العينة الدقيقة مع درجة الحرارة المحيطة والعينة المرجعية. يمكن بعد ذلك قراءة التدفق الحراري الدقيق للعينة في وقت معين من الفرق بين درجة الحرارة المرجعية والعينة. في حالة وجود فرق في التدفق الحراري بين العينة والمرجع، تشير علامة الفرق إلى ما إذا كانت هناك عملية ماصة للحرارة أو طاردة للحرارة.
كما أن موضع التأثير الذي يحدث عند رسمه مقابل درجة الحرارة يشير أيضًا بدقة شديدة إلى وقت حدوثه. كلما زادت دقة قياس درجة حرارة العينة بدقة، زادت دقة وحساسية DSC.
في حالة انتقالات الطور، وخاصة انتقالات الطور من الدرجة الثانية، تكون سرعة التسخين مهمة جدًا لمدى إمكانية اكتشاف الانتقال. إذا كان معدل التسخين بطيئًا للغاية، فغالبًا ما تكون التأثيرات بالكاد يمكن اكتشافها، حيث يتم تعويض فرق الطاقة بين العينة والمرجع بواسطة الفرن أو السخان. أما إذا كان معدل التسخين سريعًا جدًا، يصبح التأثير أكثر وضوحًا، ولكنه ينتقل أيضًا إلى درجات حرارة أعلى.
