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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 基础物理 » 一个相变会发生，而且发生的快慢不同，那么相变发生的本质是什么？
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peng_qq_360

金虫 (正式写手)

[求助] 一个相变会发生，而且发生的快慢不同，那么相变发生的本质是什么？已有2人参与

俗话说，相变发生因为是新相的能量比旧相低，相变过程有能量的释放，称之为热力学驱动力，而且相变发生的快慢与相变能垒相关，称之为动力学能垒。
那么细问，能不能更加具体的来解释相变发生的本质呢？运用物理知识，比如量子力学，比如固体物理中的什么知识，刚开始琢磨这些东西，还不了解现在研究到什么水平，还不了解能不能使用能带理论来解释相变发生的原因，解释相变发生的驱动力和能垒。
求各位大神随便谈谈，谈谈应该应该用什么理论来解释金属相变发生的本质原因，也许我会从中灵感迸发，想出来些什么。谢谢啦~~
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我爱生活
1楼2013-07-02 20:53:19
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回帖支持 ( 显示支持度最高的前 50 名 )

uvwxmc

金虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
leongoall: 金币+5, 鼓励认真回帖！ 2013-07-03 01:31:06
peng_qq_360: 金币+4, ★★★很有帮助 2013-07-03 10:17:51
你想的太神秘了。微观粒子在不同条件下，密集排列的方式不一样，就对应不同的相。
1，和宏观球模型不同，微观粒子有相当的热运动，这使得每个粒子之间倾向于彼此让开一些；
2，所关心的粒子，有时候是单原子，有时候是分子，分子是有形状和结构的，相互作用自然不是各向同性的；
3，在原子尺度上，电子轨道p,d,f都有某种指向性，不是完全各向同性的，从而粒子之间的作用力，也就是各种化学键有方向性，从而各种不同的空间排列有机会在不同条件下为优势排列，最低能量排列；从一种排列变成另外一种排列就是相变。
4，量子多体问题是不能完全解的，经典多体也不行。实际上我们只能，能做多少算多少。实验上用各种测量，理论上用各种试错法，能符合就留下，不能符合就扔掉，并不是懂得了原理我们就能从头计算。
5，多粒子排列组成的复合量子体系虽然不能完全计算，但是有些性质原则上可以预测和理解。比如单原子的单条谱线会分裂成N条，N是体系的粒子数，通常是个很大的天文数字，能级就变成能带了；展宽以后的能带有可能重叠，有可能不重叠，本来么单粒子的时候就都是离散谱。和单粒子只能吸收和发射特定能量的光子相比，多粒子系的能带内部的离散间隙是极小的，加上各种展宽效应，可以说就是连续的，那就对光子的能量不挑剔了，多低的都可以吸收。所以金属是彻底不透明的。
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3楼2013-07-03 00:04:43
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yiluwangxi

木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

1所谓量子理论，它一般只适用于少数几个粒子。请看一般的《量子力学》。
要把量子理论用到由大量粒子组成的宏观的热学系统(比如像相等)，那么就必须引入统计物理的思想框架。统计物理是量子理论和宏观世界的桥梁(关心热运动)。
2 同理质点力学也只适用于少数几个质点。
要把质点力学用到由大量粒子组成的宏观的热学系统(比如像相等)，那么就必须引入统计物理的思想框架。统计物理是质点力学和宏观世界的桥梁(关心热运动)。
3热力学和统计物理都是描述热运动的理论（由大量粒子组成的宏观的热学系统）。我不想把它们分开来，毕竟它们都是研究大量粒子的热运动的，只是手段不同而已。其实其他人也不愿意把它们分开来，有本教材叫《统计热力学》。普通物理的《热学》教材也包含宏观理论和微观理论。
4 量子统计理论虽然用到量子的基本理论，但是它的灵魂和本质是统计物理。
==================================
下面谈谈所谓相和相变。
这不是单纯的量子理论、和单纯质点力学所能解释的。必须要统计思想或者热力学思想来解释。
1 分子(原子也包含在这个表述中)间存在力，你用经典的理论和量子的理论来研究这个力都无所谓。分子间力的效果使得分子彼此聚合。
2 分子都在做热运动，热运动的效果使得分子彼此离散。
3 任何物体中都存在热运动和分子间的力。它们是一对矛盾。它们之间的消长和对比决定了物体处在什么样的相。当我们改变这对矛盾的任何一方都能导致相变。
4 例子：
•当温度很低时，热运动很弱。热运动的效果<分子间的力的效果。物质表现为固相。  
•加热物质，使得温度升高。热运动的效果~分子间的力的效果。物质表现为液相。
•继续加热物质，使得温度较高。热运动的效果>分子间的力的效果。物质表现为气相。
•继续加热物质，使得温度极端高。热运动的效果>>分子间的力的效果。物质表现为等离子相。
5 如果要定量的描述相变，那就要更专业的知识，当然还是热力学知识了。
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8楼2013-07-03 14:07:15
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pippi6

铁杆木虫 (著名写手)

工程和科学数值计算咨询

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
引用回帖:
2楼: Originally posted by yiluwangxi at 2013-07-02 21:38:51
这是哪里和哪里啊，量子力学、能带理论都来了。
我提醒一下，相变是热力学的重要内容。

还真不是哪和哪，就是有联系的。热力学是一个普遍的框架，主要是应用了内能、温度这样的概念。但具体的系统完全可以由微观动力学来描述。相变的微观动力学的机制可以很不一样，但都可以纳入热力学的框架。所以，宏观理论并不排斥微观动力学解释。举个具体例子，以现在的计算机能力，可以模拟一个上亿粒子的动力学系统，完全可以粗糙的复制一个带电粒子碰撞的统计模型，得到近似的Maxwell分布。就是统计涨落可能还大点。
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5楼2013-07-03 09:08:10
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普通回帖

yiluwangxi

木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
leongoall: so？！愿闻其详！ 2013-07-03 01:30:34
这是哪里和哪里啊，量子力学、能带理论都来了。
我提醒一下，相变是热力学的重要内容。
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2楼2013-07-02 21:38:51
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phykid

木虫 (正式写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by uvwxmc at 2013-07-03 00:04:43
你想的太神秘了。微观粒子在不同条件下，密集排列的方式不一样，就对应不同的相。
1，和宏观球模型不同，微观粒子有相当的热运动，这使得每个粒子之间倾向于彼此让开一些；
2，所关心的粒子，有时候是单原子，有时 ...

学习了
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4楼2013-07-03 08:25:32
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peng_qq_360

金虫 (正式写手)
引用回帖:
2楼: Originally posted by yiluwangxi at 2013-07-02 21:38:51
这是哪里和哪里啊，量子力学、能带理论都来了。
我提醒一下，相变是热力学的重要内容。

谢谢啊，不过我是想用原子电子等这个层次来理解相变，也就是说表征这个过程能量石如何变化的，原子是如何运动的。这个热力学太宽泛啦。求细说。
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我爱生活
6楼2013-07-03 09:55:52
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peng_qq_360

金虫 (正式写手)
引用回帖:
5楼: Originally posted by pippi6 at 2013-07-03 09:08:10
还真不是哪和哪，就是有联系的。热力学是一个普遍的框架，主要是应用了内能、温度这样的概念。但具体的系统完全可以由微观动力学来描述。相变的微观动力学的机制可以很不一样，但都可以纳入热力学的框架。所以，宏 ...

谢谢啦，我需要的就是微观下动力学的描述，最希望的是用理论，不是在模拟的情况下，有没有这么样一种微观动力学理论啊。
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我爱生活
7楼2013-07-03 10:02:18
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yiluwangxi

木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

推荐一本书。《相变热力学》。自己去找吧。
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9楼2013-07-03 14:46:32
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peng_qq_360

金虫 (正式写手)
引用回帖:
8楼: Originally posted by yiluwangxi at 2013-07-03 14:07:15
1所谓量子理论，它一般只适用于少数几个粒子。请看一般的《量子力学》。
要把量子理论用到由大量粒子组成的宏观的热学系统(比如像相等)，那么就必须引入统计物理的思想框架。统计物理是量子理论和宏观世界的桥梁(关 ...

太感谢了，从中收益不小啊。对相变的研究过程有了一个全新的认识。
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我爱生活
10楼2013-07-03 17:57:35
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