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Phasenumwandlung

 
     
  Phasenübergang, Umwandlung der Phase eines homogenen Stoffsystems in Abhängigkeit von den thermodynamischen Parametern. Phasenumwandlungen erkennt man an gewissen sprunghaften Änderungen makroskopischer Eigenschaften. Der Zustand eines homogenen Stoffsystems, der durch thermodynamische Zustandsvariablen beschrieben ist, wird als Phase bezeichnet. Als unabhängige Zustandsvariable dienen meistens Temperatur, Druck, elektrisches und magnetisches Feld sowie bei Mehrstoffsystemen die Zusammensetzung. Eine Phasenumwandlung ist per Definition dann gegeben, wenn bei einer Änderung der unabhängigen Variablen in mindestens einer Zustandsfunktion (thermodynamisches Potential) der unabhängigen Variablen eine Unstetigkeit auftritt. Die Art dieser Unstetigkeit wird zur Klassifizierung der Phasenumwandlung benutzt. Bei Umwandlungen erster Ordnung weist die erste Ableitung eine Unstetigkeit auf, z.B. beim Auftreten von latenten Umwandlungswärmen beim Schmelzen und Verdampfen. Bei Umwandlungen zweiter Ordnung verhalten sich die ersten Ableitungen stetig, die zweiten oder höheren jedoch unstetig. In Zusammenhang mit kritischen Phänomenen weisen höhere Ableitungen eine Singularität auf, d.h. sie wachsen theoretisch über alle Grenzen. Hierzu gehört z.B. die Phasenumwandlung Flüssigkeit-Gas am kritischen Punkt (bei der kritischen Temperatur) oder der Phasenübergang der Ferro-Phasen in die Para-Phasen in ferroelektrischen oder ferromagnetischen Materialien. Kritische Phänomene sind dadurch gekennzeichnet, dass eine charakteristische Grösse, die als Ordnungsparameter bezeichnet wird, mit Annäherung an die kritische Temperatur verschwindet.


Bei einer strukturellen Betrachtung von Umwandlungen zwischen Phasen im kristallisierten Zustand ist es zweckmässig, zwischen kohärenten und inkohärenten Umwandlungen zu unterscheiden. Bei kohärenten Umwandlungen bleibt das Kristallgitter im wesentlichen erhalten, allerdings unter geringfügigen Änderungen der Metrik der Elementarzelle, die eine Änderung der Symmetrie bedingen. Hierher gehören die Übergänge von den ferroelektrischen bzw. ferromagnetischen Phasen in die entsprechenden Para-Phasen mit Annäherung an die Curie-Temperatur, ferner die Ausbildung von Überstrukturen (Überstrukturreflexe) sowie die Ordnungs-Unordnungsübergänge. Bei inkohärenten Umwandlungen entsteht eine grundsätzlich andere Kristallstruktur, die völlig neu aufgebaut wird; häufig zerfällt dabei der Kristall in ein polykristallines Aggregat.
 
 

 

 

 
 
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