Netsu Sokutei, 29 (4), p. 163, (2002)

講座

熱容量 4. 相転移

Heat Capacity 4. Phase Transitions

相転移現象の研究において,熱容量測定は有力な手段である。一つは如何なる相転移においても熱容量異常は現れることであり,もう一つは熱容量測定からギブス自由エネルギーを求めることができるからである。相転移は二つに分類される。連続転移と不連続転移である。前者はいわゆる2次転移を含むものであって,後者は従来のいわゆる1次転移と慣習的に呼ばれている。平均場近似の枠内では連続転移で熱容量がとびを示すが,より高い近似あるいは厳密解では熱容量異常は単純なとびではない。現実の場合は,後者がほとんどである。この場合,臨界指数およびスケーリング則が相転移現象を理解するのに有効である。測定される量としては,臨界振幅もある。これは相転移を特徴付ける有効なパラメーターであるが,これまではあまり着目されていない。不連続転移では潜熱が現れるが,この相転移は平衡熱力学よりはむしろ非平衡熱力学の観点より解析されるべきである。このような立場から熱容量スペクトロスコピーは有用な測定法である。
In the study on phase transitions, heat capacity is one of important quantities since at almost all phase transitions heat capacity exhibits anomalous behavior. Phase transitions are characterized by two kinds of categories. One is a continuous transition where the order parameter becomes zero continuously at the transition temperature and the other is a discontinuous transition where the order parameter exhibits a jump at the transition temperature. The former includes so-called a second-order transition and the latter is called a first-order transition conventionally. Within framework of mean field approximation, it can be shown that heat capacity exhibits a jump at a continuous transition. However, in a much higher approximation or an exact solution heat capacity diverges at a continuous transition. In such a case, critical exponents are a useful parameter to know characteristics at a phase transition and scaling relations are also applicable to know self-consistency among critical exponents. It is pointed out that although critical amplitudes have been less noted so far, we have to pay attention to them. At a discontinuous transition, kinetics is important because heterogeneous structures result in it always. There are a lot of materials with microscopic heterogeneous structure which undergoes a state transformation. Dynamic heat capacity measurement is one of promising tools in such a field.