Faseovergang

Oversikt over aggregattilstander og faseoverganger.

En faseovergang i fysikken betyr at stoff endrer kvalitative fysiske egenskaper, det vil si at det går fra en fase (aggregattilstand) til en annen. Overganger mellom de vanlige fasene har navn som er utbredte i dagligtalen, som «smelting» (overgang fra faststoff til væske) eller «frysing» alt. «størkning» (overgang fra væske til faststoff.

Eksempler på faser er faststoff, som karakteriseres ved fast volum, væsker som fyller tilgjengelig areal, men ikke hele volumer, og gasser som fyller alt tilgjengelig volum. Tilsvarende kan man også beskrive faser ved hjelp av mikroskopiske egenskaper slik som graden av uorden og hvilke symmetrier stoffet har. I tilfellet vann er is en ordnet fase hvor molekylene sitter i et regulært gitter, mens flytende vann er en uordnet fase.

Faser og faseoverganger trenger ikke ha noe med romlige engenskaper å gjøre, og det finnes et utall av faser med gitte magnetiske, elektriske, og elastiske egenskaper. Eksempel er overgang fra vanlig leder til superleder ved en annenordens faseovergang.

En faseovergang skjer ved at tilstandsvariable som temperatur og trykk, endres. For eksempel kan man få vann til å koke (gå fra væske til gass) ved å øke temperaturen eller ved å redusere trykket. Man kan også få en faseovergang ved å endre de kjemiske egenskapene, for eksempel få is til å smelte ved å tilsette salt.

Fasediagrammer et viktige hjelpemidler til å få oversikt over fasene til stoff. Et fasediagram inneholder tilstandsvariabler langs aksene, og regionen som utgjør hver fase er tegnet inn. Faseovergangen skjer på skillelinjene mellom regionene (som noen ganger er skarpe, andre ganger ikke).

Eksempler på faseoverganger

• Smelting, overgang fra faststoff til væske
• Frysing, overgang fra væske til faststoff
• Fordamping, overgang fra væske til gass
• Kondensasjon (eller dugg), overgang fra gass til væske
• Sublimasjon, overgang fra fast stoff til gass
• Deposisjon, overgang fra gass til faststoff
• Endring av krystallstrukturer (mange faste stoffer har her meget kompliserte fasediagrammer)
• Overgangen fra ferromagnetisk til paramagnetisk, som skjer ved Curie-temperaturen
• Bose-Einstein kondensasjon
• Overgang til superleder
• Overgang til superfluid
• Det er også verdt å nevne at noen stoffer har evnen til å hoppe over en aggregattilstand. For eksempel har vann denne evnen, altså det kan gå rett fra fast stoff (is) til gass (damp).

Typer av faseoverganger

Man deler gjerne faseoverganger inn i tre typer.

• Førsteordens faseoverganger karakteriseres ved at de har latent varme, hvilket vil si at det tilføres eller frigjøres energi i overgangen. (eksempler fra dagliglivet er koking av vann og smelting av is). Termodynamiske variabler som varmekapasitet divergerer ved slike faseoverganger.
• Annenordens faseoverganger karakteriseres ved at de ikke har latent varme. Eksempler på dette er overgang til superleder eller superfluid.
• Kvantefaseoverganger er helt ulike de andre, og skjer ved null temperatur (og er i denne sammenhengen en kuriositet).

Andre betydninger

• Ledelse av faseovergang, en prosess i PRINCE2-rammeverket for prosjektledelse