одновременное существование термодинамически равновесных
фаз (См.
Фаза) в многофазной системе. Простейшие примеры - равновесие жидкости со своим насыщенным паром, равновесие воды и льда при температуре плавления, расслоение смеси воды с триэтиламином на два несмешивающихся слоя (две фазы), отличающихся концентрациями. В равновесии могут находиться (в отсутствии внешнего магнитного поля) две фазы ферромагнетика с одинаковой осью намагничивания, но различным направлением намагниченности; нормальная и сверхпроводящая фазы металла во внешнем магнитном поле и т.д.
При переходе в условиях равновесия частицы из одной фазы в другую энергия системы не меняется. Другими словами, при равновесии химические потенциалы (См.
Химический потенциал)
каждой компоненты в различных фазах одинаковы. Отсюда следует
Фаз правило Гиббса: в веществе, состоящем из
k компонент, одновременно могут существовать не более чем
k + 2 равновесные фазы. Например, в однокомпонентном веществе число одновременно существующих
фаз не превосходит трёх (см.
Тройная точка)
. Число термодинамических степеней свободы, т. е. переменных (физических параметров), которые можно изменять, не нарушая условий Ф. р., равно
k + 2 - φ, где φ - число
фаз, находящихся в равновесии. Например, в двухкомпонентной системе три фазы могут находиться в равновесии при разных температурах, но давление и концентрации компонент полностью определяются температурой.
Изменение температуры фазового перехода (кипения, плавления и др.) при бесконечно малом изменении давления определяется Клапейрона - Клаузиуса уравнением (См.
Клапейрона - Клаузиуса уравнение)
. Графики, изображающие зависимость одних термодинамических переменных от других в условиях Ф. р., называются линиями (поверхностями) равновесия, а их совокупность - диаграммами состояния (См.
Диаграмма состояния)
. Линия Ф. р. может либо пересечься с другой линией равновесия (тройная точка), либо кончиться критической точкой (См.
Критическая точка)
.
В твёрдых телах из-за медленности процессов диффузии (См.
Диффузия)
, приводящих к термодинамическому равновесию, возникают неравновесные фазы, которые могут существовать наряду с равновесными. В этом случае
правило фаз может не выполняться.
Правило фаз не выполняется также и в том случае, когда на кривой равновесия фазы не отличаются друг от друга (см. Фазовые переходы (См.
Фазовый переход))
.
В массивных образцах в отсутствии дальнодействующих сил между частицами число границ между равновесными фазами минимально. Например, в случае двухфазного равновесия имеется лишь одна поверхность раздела
фаз. Если хотя бы в одной из
фаз существует дальнодействующее поле (электрическое или магнитное), выходящее из вещества, то энергетически более выгодны равновесные состояния с большим числом периодически расположенных фазовых границ (
Домены ферромагнитные и сегнетоэлектрические, промежуточное состояние сверхпроводников) и таким расположением
фаз, чтобы дальнодействующее поле не выходило из тела. Форма границы раздела
фаз определяется условием минимальности поверхностной энергии (См.
Поверхностная энергия)
. Так, в двухкомпонентной смеси при условии равенства плотностей
фаз граница раздела имеет сферическую форму. Огранка кристаллов (См.
Кристаллы) определяется теми плоскостями, поверхностная энергия которых минимальна.
Лит.: Ландау Л. Д., Ахиезер А. И., Лифшиц Е. М., Курс общей физики. Механика и молекулярная физика, 2 изд., М., 1969; Френкель Я. И., Статистическая физика, М. - Л., 1948.
В. Л. Покровский.