закон фаз, соотношение термодинамики (См. Термодинамика), согласно которому для любой равновесной системы сумма числа фаз φ и вариантности (См. Вариантность) v равна числу Компонентов k, увеличенному на число параметров n, определяющих равновесное состояние системы: φ + v = k + n. При этом параметры состояния - температура Т, давление р, напряжённости электрического и магнитного полей и др. - должны быть одинаковыми во всех фазах. Если состояние системы может изменяться лишь под действием Т и р, причём размеры фаз таковы, что можно пренебречь величиной их поверхностной энергии, то Ф. п. принимает вид:

v = k + 2-φ.

Для конденсированных систем (например, сплавов (См. Сплавы) металлов), где р либо постоянно, либо изменяется так незначительно, что не влияет на состояние равновесия, Ф. п. принимает вид: v = k + 1 - φ; при переменном р и постоянном Т его вид тот же. Если состав сосуществующих фаз одинаков, как в максимумах и минимумах диаграмм состав - давление пара (см. Коновалова законы), а также диаграмм состав - температура кристаллизации (см. Розебома правила), система ведёт себя как однокомпонентная, т. е. для неё v = 3 - φ (при переменных р и Т) или v = 2 - φ (при постоянном р или Т). Наконец, когда в системе образуется химическое соединение, то k равно разности между числом химически индивидуальных веществ и числом независимых реакций.

Примеры. 1) Одно вещество (например, сера) может находиться: а) в одной фазе, в частности газообразной (v = 1 - 1 + 2 = 2), система дивариантна, т. е. Т и р можно менять в определённых пределах независимо друг от друга; б) в двух фазах, например в виде кипящей жидкости, находящейся в равновесии с паром (v = 1 - 2 + 2 = 1), система моновариантна, возможно изменение только Т или р, так как оба параметра связаны функциональной зависимостью (см. Клапейрона - Клаузиуса уравнение (См. Клапейрона - Клаузиуса уравнение)), в) в трёх фазах, в частности в виде ромбической серы в равновесии с жидкой и газообразной (v = 1 - 3 + 2 = 0), система нонвариантна; фазы сосуществуют при единственных значениях р и Т, см. Тройная точка. 2) Система, состоящая из воды и соли, тривариантна при наличии одной фазы (например, для раствора можно менять в известных пределах Т, р и концентрацию раствора с) и нонвариантна при наличии четырёх фаз (водного раствора, соли, льда и пара, эти фазы могут сосуществовать при единственном сочетании значений Т, р и с).

Ф. п. вывел Дж. Гиббс (опубликовано в 1876). Его широко использовали в конце 19 - начале 20 вв. Я. Вант-Гофф, Х. Розебом и их ученики, Н. С. Курнаков и его школа. Ф. п. имеет особенно большое значение при исследовании гетерогенных систем (См. Гетерогенная система), в частности в металловедении (См. Металловедение), металлургии (См. Металлургия), петрографии (См. Петрография), химической технологии (См. Химическая технология) (см. также Диаграмма состояния, Диаграмма химическая, Физико-химический анализ).

Лит.: Гиббедж. В., О существующих фазах материи, в его кн.: Термодинамические работы, пер. с англ., М. - Л., 1950, с. 143-48; Аносов В. Я., Погодин С. А., Основные начала физико-химического анализа, М. - Л., 1947; Древинг В. П., Калашников Я. А., Правило фаз с изложением основ термодинамики, [2 изд., М.], 1964; Сторонкин А. В., Термодинамика гетерогенных систем, ч. 1-3, [Л.], 1967-69; Карапетьянц М. Х., Химическая термодинамика, 3 изд., М., 1975.

М. Х. Карапетьянц.

закон, выведенный в 1876 Дж.Гиббсом из термодинамических принципов и описывающий условия равновесия в гетерогенной системе. Прежде чем формулировать его, определим такие понятия, как фаза, число компонентов и вариантность. Фаза - это однородная часть системы с определенными физическими свойствами, которая отделена от других частей четкой границей раздела. Например, лед, вода и пар - три фазы, в которых может находиться водная система. Число компонентов определяется минимальным числом независимых химических веществ, которые задают состав каждой из фаз. Для водной системы имеется только один такой компонент - вода. Вариантность (число степеней свободы) - это число параметров состояния, таких, как температура, давление или концентрация, которые необходимо задать, чтобы полностью определить равновесное состояние системы.

Если система находится вне поля сил (гравитационных, электрических, магнитных, сил поверхностного натяжения), а равновесие между фазами определяется только температурой, давлением и составом, то вариантность F связана с числом компонентов С и фаз Р, находящихся в равновесии, следующим соотношением (правило фаз Гиббса):

F = C - P + 2

Для однокомпонентной системы C = 1, и в соответствии с правилом фаз F = 3 - P, или F + P = 3, т.е. сумма вариантности и числа фаз, находящихся в равновесии, должна равняться 3. Если имеется только одна фаза (например, вода), то система является дивариантной. Это значит, что два параметра (например, температура и давление) могут меняться (конечно, в определенных пределах) без появления новой фазы. Если в равновесии находятся две фазы (например, вода и насыщенный пар), то температура и давление связаны друг с другом функциональной зависимостью, т.е. произвольно можно выбирать лишь одну из них: если подвергнуть систему большему давлению, чем равновесное, то пар превратится в воду. Такую систему называют моновариантной. И наконец, трехфазная система нонвариантна (инвариантна). Это означает, что три фазы однокомпонентной системы (например, лед, вода и пар) могут находиться в равновесии лишь при определенных температуре и давлении. См. также ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ; ВОДА, ЛЕД И ПАР.

основной закон гетерогенных равновесий, согласно которому в гетерогенной (макроскопически неоднородной) физико-химической системе, находящейся в устойчивом термодинамическом равновесии, число фаз не может превышать числа компонентов, увеличенного на 2 (см. Фаз правило); установлено Дж. У. Гиббсом в 1873-76.

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.

удобное для запоминания правило для определения направления магнитного поля, создаваемого электрическим током: если буравчик (с правой нарезкой) ввинчивать по направлению тока (I), то направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением магнитного поля (Н), возбуждаемого этим током (см. рис.).

Рис. к ст. Буравчика правило.