Есть ли твёрдая поверность на Нептуне и Уране?

[Влад Ковалёв]

Ага "клёвая". Один наш зонд сожрал!
Вот я и думаю, а что этот зонд видел?

[nsg]

Стекло - жидкость,

Да нет же, не жидкость. Жидкость это когда молекулы сжаты до такого состояния что между ними нет никакого промежутка, но в то же время ещё могут свободно двигаться. Твёрдое тело -- это когда между молекулами образуются связи и они перестают свободно двигаться, а только колеблются относительно некоторого среднего положения. (Это мне в школе такое рассказали, ещё при коммунистах. Может, конечно, и наврали, не судите строго если сейчас по другому учат.)

В стекле такие связи как раз образуюся и молекулы не уходят далеко от своего места. Другое дело что вместо регулярной кристаллической решётки (как у большинства твёрдых тел) в стекле эти связи беспорядочные.

Кстати с точки зрения классической физики объяснить существование твёрдых тел нельзя -- упомянутые связи носят квантово-механический характер, но это так, к слову.

а вот, что сплавы так себя ведут первый раз слышу.

Не только сплавы, но и чистые металлы. Из доступных -- свинец и олово. В чистом виде разница в температуре между чисто твёрдым и чисто жидким состояниями -- несколько градусов. Поэтому, для пайки электроники чистое олово не годится -- слишком долго ему нужно чтобы остыть и из жидкости стать твёрдым. И приходится извращаться чтобы понизить эту разницу в температурах до десятых долей градуса. Но всё равно какой-то промежуток всегда есть.

Но главное, что  дело не столько в изменение свойств, а  в том есть ли твердые тела переходящие в жидкость и обратно без процесса плавления/ кристаллизации. Даже найденные примеры - это лишь некие достаточно экзотические фазы.

Если под кристаллизацией понимать образование квантово-механических связей между атомами (не обязательно в виде регулярной структуры, как, например, у стекла) то твёрдые тела только так и образуются -- по определению. Соответсвенно между твёрдым состоянием и жидким имеются все промежуточные градации -- от "нет никаких связей" (жидкость) до "все атомы связаны с соседями" (твёрдое тело).

[Пенелопа]

Стекло - жидкость,

Да нет же, не жидкость. Жидкость это когда молекулы сжаты до такого состояния что между ними нет никакого промежутка, но в то же время ещё могут свободно двигаться.
 Твёрдое тело -- это когда между молекулами образуются связи и они перестают свободно двигаться, а только колеблются относительно некоторого среднего положения. (Это мне в школе такое рассказали, ещё при коммунистах. Может, конечно, и наврали, не судите строго если сейчас по другому учат.)

Вот именно в школе.  Простите, но меня учили фазам вещества в университете, причем много и долго  .  Не то, что бы Вы написали не верно, но несколько не точно.  Так вот стекло все-таки жидкость, так как оно течет, очень медленно, но течет.
 

В стекле такие связи как раз образуюся и молекулы не уходят далеко от своего места. Другое дело что вместо регулярной кристаллической решётки (как у большинства твёрдых тел) в стекле эти связи беспорядочные.

Есть твердые тела и есть аморфные, однако этим не ограничиваются возможные фазы.

Кстати с точки зрения классической физики объяснить существование твёрдых тел нельзя -- упомянутые связи носят квантово-механический характер, но это так, к слову.

Все связи носят квантово-механический характер и только в некотором приближение могут рассматриваться в классической физике. Но сложнее всего в классической физике с жидкостью - для нее есть только модели.

а вот, что сплавы так себя ведут первый раз слышу.

Не только сплавы, но и чистые металлы. Из доступных -- свинец и олово. В чистом виде разница в температуре между чисто твёрдым и чисто жидким состояниями -- несколько градусов. Поэтому, для пайки электроники чистое олово не годится -- слишком долго ему нужно чтобы остыть и из жидкости стать твёрдым. И приходится извращаться чтобы понизить эту разницу в температурах до десятых долей градуса. Но всё равно какой-то промежуток всегда есть.

Скорее всего Вы говорите о предпереходных явлениях.
Но я задавала несколько иной вопрос - о том может ли быть  переход из одной фазы в другую второго рода. Что это значит  - у Вас есть чайник, он посепенно нагревается до 100 С, а затем начинает кипеть - и  Вы поддаете жару, но температура воды не повышается, а вода постепенно превращается в пар. Это пример перехода первого рода,  но можно создать такое давление, что вода будет менять свои свойства постепенно и это будет переходом второго рода. 

Если под кристаллизацией понимать образование квантово-механических связей между атомами (не обязательно в виде регулярной структуры, как, например, у стекла) то твёрдые тела только так и образуются -- по определению.

  Ради Бога, не пишите больше такое  .   Это просто неверно с точки зрения физики.

Соответственно между твёрдым состоянием и жидким имеются все промежуточные градации -- от "нет никаких связей" (жидкость) до "все атомы связаны с соседями" (твёрдое тело).

Во-первых  "нет никаких связей" это не жидкость, а идеальный газ. В жидкости есть близкий порядок, но нет дальнего., то есть связи все-таки есть. Во-вторых - нет, свойства часто меняются скачком. В-третьих существует хотя и больше 3 (плазму и разные там конденсаты Бозе-Эйнштейна я не считаю - экзотика), но все-таки весьма ограниченное число фаз.
   

[T101]

Согласен с Пенелопой.

[nsg]

Так вот стекло все-таки жидкость, так как оно течет, очень медленно, но течет.

Лёд тоже течёт, но никто не утверждает что это жидкость. А насчёт стекла я выше ссылался на эксперименты студентов в Кельнском соборе которые как раз этой самой текучести не обнаружили. Понимаю, что не ахти какой авторитет Discovery channel, но вы пока и такой ссылки не привели.

Есть твердые тела и есть аморфные, однако этим не ограничиваются возможные фазы.

Вы наверное хотели сказать "кристаллические и аморфные". А то аморфные тела тоже твёрдые.

Скорее всего Вы говорите о предпереходных явлениях.

Столько новых слов. Все вроде бы знакомые, но у меня впечатление что у нас разгорается терминологический спор. Можете дать определение твёрдого тела, а заодно и жидкости?

Но я задавала несколько иной вопрос - о том может ли быть  переход из одной фазы в другую второго рода. Что это значит  - у Вас есть чайник, он посепенно нагревается до 100 С, а затем начинает кипеть - и  Вы поддаете жару, но температура воды не повышается, а вода постепенно превращается в пар. Это пример перехода первого рода,  но можно создать такое давление, что вода будет менять свои свойства постепенно и это будет переходом второго рода. 

Я не совсем понял разницу в вашем примере. И в том и в другом случае добавочная энергия позволяет частице разорвать связь и примкнуть к газообразной фракции. В случае чайника энергия приходит извне. Во втором случае частицы обмениваются энергией хаотически и за счёт флуктуаций некоторые из них получают её достаточно для разрыва связи.

  Ради Бога, не пишите больше такое  .   Это просто неверно с точки зрения физики.

А как верно?

Во-вторых - нет, свойства часто меняются скачком.

Чего ради они должны менятся скачком? Это какой-то мистический атрибут? Отдельная частица, таки да, лишается и приобретает связи скачком (в силу упомянутых квантовых эффектов), а вот в совокупности частиц в процессе перехода всегда есть момент когда часть частиц разорвала связи, а часть нет (есть и исключения, типа гелия при 10^-3°K, но мы их игнорируем). Вот в этот самый момент мы и имеем наполовину твёрдое тело, наполовину жидкость. И в зависимости от природы частиц этот переход может занимать больше или меньше времени, только и всего.

В-третьих существует хотя и больше 3 (плазму и разные там конденсаты Бозе-Эйнштейна я не считаю - экзотика), но все-таки весьма ограниченное число фаз.

Довольно странно слышать от человека увлекающегося астрономией что плазма -- экзотика.
В солнечной ситеме, например, 99.86% известной массы приходится имеено на плазму. Так что это твёрдое тело -- экзотика.

[Пенелопа]

Так вот стекло все-таки жидкость, так как оно течет, очень медленно, но течет.

Лёд тоже течёт, но никто не утверждает что это жидкость. А насчёт стекла я выше ссылался на эксперименты студентов в Кельнском соборе которые как раз этой самой текучести не обнаружили. Понимаю, что не ахти какой авторитет Discovery channel, но вы пока и такой ссылки не привели.

  Извините, на что мне ссылаться - на учебники, которые Вы не прочли.   Разница между тем, как течет лед и стекло                      ( эксперимент проводится уже лет 150)  принципиальная. Стекло течет целиком, а лед в поверхностном слое  при определенный условиях - обычно связанных с силой трения.

Вы наверное хотели сказать "кристаллические и аморфные". А то аморфные тела тоже твёрдые.

Не совсем так, это зависит от классификации.  Исходя из проблемы дальнего порядка - я написала правильно, кроме того аморфное состояние - метастабильное.  Впрочем, обычно говорят как Вы.

Скорее всего Вы говорите о предпереходных явлениях.

Столько новых слов. Все вроде бы знакомые, но у меня впечатление что у нас разгорается терминологический спор. Можете дать определение твёрдого тела, а заодно и жидкости?

Какое слово Вы не знаете "предпереходной"? Перед фазовыми переходами тело ведет себя не совсем так вблизе от точки фазового перехода.   По поводу отсальных  определений посмотрите в учебнике  или энциклопедии.     Это долго
Нет, это не терминологический спор, а вопрос о том, какой это переход - первого или второго рода, и есть ли он вообще.  От этого зависит наличие  границы.

Я не совсем понял разницу в вашем примере. И в том и в другом случае добавочная энергия позволяет частице разорвать связь и примкнуть к газообразной фракции. В случае чайника энергия приходит извне. Во втором случае частицы обмениваются энергией хаотически и за счёт флуктуаций некоторые из них получают её достаточно для разрыва связи.

Настоятельно рекомендую почитать какой-нибудь учебник по термодинамике
Потому,что  энергия всегда приходит извне.  Флуктуации не могут привести к образованию новой фазы - на то они и флуктуации, Ваше утверждение противоречит как минимум второму  началу термодинамики.
Так вот у Вас есть сосуд, который Вы нагреваете, переход первого рода означает, что Вы нагреваете сосуд, то энергия идет на образование новой фазы, а не на увеличение температуры.  После того как связи между молекулами оказались разорванными, и вся жидкость превратилась в пар, температура начнет снова увеличиваться при нагреве.  Можно подобрать такие  давления, что Вы будете нагревать жидкость и она будет превращаться в пар, но без четкой границы, без момента когда  жидкость не будет увеличивать температуру.   В жидкосте-газе Вы просто переходите без фазового перехода = все свойства менябтся постепенно. 
 Я не знаю как понятнее объяснить без фазовой диаграммы.  И надо ли это делать - в любом Вузовском учебнике по общей физике (том обычно 2) это есть. А в случае некоторых фаз переход бывает второго рода - наступает намигничивание или появляется ориентационный порядок в молекулах без процесса "кристаллизации"

А как верно?

Я же написала выше - все связи квантовомеханические. Кристаллическая фаза определяется не наличием этих связей, а дальним порядком в расположение центров тяжести

Во-вторых - нет, свойства часто меняются скачком.

Чего ради они должны менятся скачком? Это какой-то мистический атрибут?

   Ради законов физики и физических терминов, которые Вы не изучили. Есть разные фазы, есть процесс плавления, кристаллизации и т.д.. Так вот  между разными фазами термодинамические и физические величины могут  меняться скачком, а могут не меняться.

Отдельная частица, таки да, лишается и приобретает связи скачком (в силу упомянутых квантовых эффектов),

НЕТ, не в коем разе, не преобретают частицы связи, тем более скачком. 
Вы используете термин "связь" из химии, где он был введен давныи давно и в совершенно грубом приближении.   Процесс куда более сложный. Частицы взаимодействуют друг с другом, и кроме того имею собственное тепловое движение. Так от их скорости (температуры) и плотности (то есть объема  c  давлением) зависит, будут  ли они находиться в потенциальной яме, обусловленной взаимодейтсвием с другими частицами.  Только в этом смысле можно говорить о связях в кристаллической решетки.
Но связаны то  частицы всегда.

а вот в совокупности частиц в процессе перехода всегда есть момент когда часть частиц разорвала связи, а часть нет (есть и исключения, типа гелия при 10^-3°K, но мы их игнорируем).
Вот в этот самый момент мы и имеем наполовину твёрдое тело, наполовину жидкость.

Вот к чему приводит неверное использование терминов. С выше приведенным разъяснением это можно считать относительно верным, но в прошлой раз Вы написали, что могут разные варианты от жидкости до твердого тела.  И это означало нечто совсем иное. 
Фазы вещества могут находиться в равновесии, а то, что Вы написали - динамический процесс перехода.   И в нем нет никакой полужидкой фазы, а есть переход от одной фазы в другую. И свойства тела не будут полужидкими полутвердыми, а будут иными. 

И в зависимости от природы частиц этот переход может занимать больше или меньше времени, только и всего.

Не говорят в физике от "природы частиц", природа у них одна.  И не больше или меньше времени - иногда он вообще не занимает время.  Это принипиально особенно для вопроса наличия    границы.
 

Довольно странно слышать от человека увлекающегося астрономией что плазма -- экзотика.
В солнечной ситеме, например, 99.86% известной массы приходится имеено на плазму. Так что это твёрдое тело -- экзотика.

  Я лично  живу на Земле, и плазмы на Земле нет, кроме лабораторий.  Мы обсуждаем вопрос Нептуна, где также нет плазмы, по крайне мере далеко от ядра.  Я физик, и  для любого физика, кроме астрофизика - плазма - экзотика.  Наконец,  в фазовые диаграммы плазма не входит  - - опять же кроме специальных случаев. Так, что плазма - это экзотика,  по своим, свойствам, поведению, изучению и применительно к данному вопросу.
Впрочем возможно Вы из плазмы  ?

[Diletant]

Ув.Пенелопа! Вы, похоже, спец по фазовым переходам. Не облегчите мои "мытарства". Я задумал "штуку" соорудить для регистрации несусветно малых изменений температуры на основе изменения электропроводимости раствора (ну простой соли например) при замерзании. "Полульда" ведь действительно быть не может. Как Вы думаете, будет ли резкий (абсолютно - "вертикальный") скачек проводимости или будет меняться плавно на определенном, пусть и небольшом интервале температур?

[Влад Ковалёв]

Это что?

[Пенелопа]

Ув.Пенелопа! Вы, похоже, спец по фазовым переходам.

В принципе да, но в несколько иных  .

  Я задумал "штуку" соорудить для регистрации несусветно малых изменений температуры на основе изменения электропроводимости раствора (ну простой соли например) при замерзании. "Полульда" ведь действительно быть не может. Как Вы думаете, будет ли резкий (абсолютно - "вертикальный") скачек проводимости или будет меняться плавно на определенном, пусть и небольшом интервале температур?

Я думаю, что "несусветно малых изменений температуры " в физике не бывает. Изменение температуры на основе изменения электропроводимости  идея довольно странная, а при фазовых переходах тем более.
А у  параметре  - скачком скорее всего будет меняться  производная. Дело в том, что  в момент плавления лед  постепенно переходит в воду, две фазы существуют одновременно, и вопрос что вы считаете - параметры Вы считаете в некоторой области, а не в точки.

[Diletant]

Я понимаю, что кусочки льда плавают в растворе, но проводимость этого "супа", это - проводимость раствора. При дальнейшем понижении температуры перекроется последний (между двумя электродами) канал раствора и проводимость (как я понимаю) должна скачком упасть до нуля (практически). Ведь никакой "средней" проводимости между льдом и раствором быть не может. И вот я хочу понять, будет ли ощутимая разница между температурами "краев" этого скачка или он будет "вертикальным" - релейным?

[Пенелопа]

Я никогда не считала проводимость в растворе, тем более во время фазового перехода.  Но  судя по другим параметрам  я бы сказала, что проводимость должна быть равна  R_жидкости* x+  R_тверд тела* (1-x), где x - конфентрация жидкости и она меняется плавно.

[Stepa]

Проводимость раствора вызывает протекание тока - выделяется джоулево тепло. Возможно нарушение равновесия.
Если оно настолько чувствительно.

[Пенелопа]

Проводимость раствора вызывает протекание тока - выделяется джоулево тепло. Возможно нарушение равновесия.
Если оно настолько чувствительно.

Я пока не могу понять задачу, есть при протекание тока какой-то дополнительный источник энергии? Если его нет, то тогда при протекании тока  должна тратиться энергии на проведение работы.  Значит раствор теряет энергию, а его температура при этом может уменьшиться, то есть процесс идет в туже сторону что и кристаллизация.  А тепло которое выделится - это тепло, которое было взято у самой системы. 
 Если есть источник тока вне раствора - то тогда выделение тепла, процесс противоположный кристаллизации, и результат будет зависеть от конкретных условий.  Просто измениться баланс поступления энергии  в системе.
   А что касается равновесия - я бы не назвала процесс охлаждения равновесным, по крайне мере с точки зрения термодинамики.

[Diletant]

Я собираюсь сделать большую бочку наполненную теплоизолятором, а внутрь поместить тонкую трубку с очень слабым раствором. По концам трубки - электроды. Напряение от внешнего источника питания через эту трубку подать на максимально - чуствительный индикатор (джоулево тепло). При постепенном охлаждении, когда толщина канала оставшегося жидким, станет меньше суммы диаметров двух ионов, ток резко прекратится. Так вот разница температур между состояниями, "еще жидкость" и "уже лед" может быть ничтожна и в принципе не регистрируема, а индикатор тока переход покажет. И может удастся посмотреть, нет ли самопроизвольных колебаний температуры (без внешнего воздействия)?

[Пенелопа]

Я собираюсь сделать большую бочку наполненную теплоизолятором, а внутрь поместить тонкую трубку с очень слабым раствором. По концам трубки - электроды.
При постепенном охлаждении, когда толщина канала оставшегося жидким, станет меньше суммы диаметров двух ионов, ток резко прекратится.

    Я, довольно плохо разбираюсь в электиричестве, но идея, что ток будет течь пока в трубке есть жидкость, кажется мне странной. Твердое  тело также проводник.  Кроме того нет такого точного понятие - диаметр иона, есть лишь примерный размер атома.

Напряение от внешнего источника питания через эту трубку подать на максимально - чуствительный индикатор (джоулево тепло).

А вот это я вообще не понимаю, как напряжение можно подать на тепло?   Если  Вы имеете в виду, что тепло будет индикатором, то должна Вас разочаровать - не будет, так как из-за внешнего источника питания система термодинамически открытая и уравнениями для баланса энергии в закрытой системе пользоваться нельзя.

. Так вот разница температур между состояниями, "еще жидкость" и "уже лед" может быть ничтожна и в принципе не регистрируема, а индикатор тока переход покажет.

Это предположение противоречит термодинамики, конечно эксперимент - царь, но не такой, как Вы предпологаете.
Крому упомнятуого  понятие температура применима  только в тех случаях, когда размер тела больше поверхностного слоя, а у Вас предпологается слой в два иона.
Наконец температура - это мера средней кинетической энергии молекул, и она, безсуловно, может меняться только непрерывно, а не скачком.

И может удастся посмотреть, нет ли самопроизвольных колебаний температуры (без внешнего воздействия)?

Не удастся - так  как внешнее воздействие есть.  Источник тока.

[Diletant]

Спасибо ув. Пенелопа! В принципе у меня были те же сомнения. Под термином "джоулево тепло" я имел в виду помехи, о которых говорил Stepa. В смысле, что индикатор долен быть очень чувствительным.
Насчет "размера иона" - это просто грубое упрощение, в смысле, что момент прекращения тока все равно будет. Проводимость льда намного меньше, чем проводимость раствора.

[Encycler]

Даже если у Вас был особый скафандр защищая от чрезмерного давления и темперитуры, было бы почти невозможно решать где кончается жидкость и где начинается твердое ядро.

я бы определил это достаточно просто - твёрдой можно будет счесть поверхность там, где остановится спуск, предположим меня, в данном скафандре

Спуск остановится достаточно быстро, даже если ты упадёшь в воду на Земле. Ты просто будешь плавать.

[Encycler]

Ну рас оно кменно-металлическое, значит это твердая поверхность?

Твердая--да, поверхность--вероятно нет. Наверно совтав постепенно исменяется с газа на всего больше толстого газа, потом становится постепенно жидким (без резкой границы газа-жидкости). Жидкость становится всего больше вязкой, и наконец считаем её/его твердым. Поверхность как атмосфера-океан, нет. Или как океан-твердое дно океана, нет. Даже если у Вас был особый скафандр защищая от чрезмерного давления и темперитуры, было бы почти невозможно решать где кончается жидкость и где начинается твердое ядро.

Вот это очень интересно, и странно. Переход жидкость -- газ без ясной границе - это понятно, что такое. На фазовой диаграмме жидкость-газ есть возможность перехода второго рода (то есть без процесса кипения-возгонки, занимающего некое время). И раз это есть, то может быть и на Нептуне или Юпитере.
Но вот между жидкостью   и твердым телом возможен только переход первого рода. Многокомпонентность системы, ситуацию несколько меняет, но по-моему  не настолько, что бы обойти этот запрет.
           Правда есть определенный фазы вещества, в которые жидкость может перейти без перехода первого рода, такие как различные фазы жидких кристаллов, но все равно между ними и  твердым телом есть переход первого рода - то есть, что в данном случае важно - граница.
 

Твердое тело может быть и аморфным.

[Encycler]

Ну рас оно кменно-металлическое, значит это твердая поверхность?

Твердая--да, поверхность--вероятно нет. Наверно совтав постепенно исменяется с газа на всего больше толстого газа, потом становится постепенно жидким (без резкой границы газа-жидкости). Жидкость становится всего больше вязкой, и наконец считаем её/его твердым. Поверхность как атмосфера-океан, нет. Или как океан-твердое дно океана, нет. Даже если у Вас был особый скафандр защищая от чрезмерного давления и темперитуры, было бы почти невозможно решать где кончается жидкость и где начинается твердое ядро.

Вот это очень интересно, и странно. Переход жидкость -- газ без ясной границе - это понятно, что такое. На фазовой диаграмме жидкость-газ есть возможность перехода второго рода (то есть без процесса кипения-возгонки, занимающего некое время). И раз это есть, то может быть и на Нептуне или Юпитере.
Но вот между жидкостью   и твердым телом возможен только переход первого рода. Многокомпонентность системы, ситуацию несколько меняет, но по-моему  не настолько, что бы обойти этот запрет.
           Правда есть определенный фазы вещества, в которые жидкость может перейти без перехода первого рода, такие как различные фазы жидких кристаллов, но все равно между ними и  твердым телом есть переход первого рода - то есть, что в данном случае важно - граница.
 

Не утверждаю, что так оно там на самом деле и есть, но для примера...
Забыли об аморфных веществах! Физически - жидкости, но могут быть очень даже твердыми. Например стекло. Твердость по шкале Мооса - 5-6. Но тем не менее, оконное стекло - аморфное вещество, то бишь жидкость огромной вязкости. Даже оконные стекла очень медленно "стекают" вниз. Слышал, что в старых домах (более 100 лет) это даже измеримо непосредственно.

Брехня. Тогда была просто такая технология. А "стекать" может и кристалл. Любые твердые тела меняют форму под действием тяжести. Некоторые - меняют пластично. От аморфности это не заввисит.

[Encycler]

Вот именно в школе.  Простите, но меня учили фазам вещества в университете, причем много и долго  .  Не то, что бы Вы написали не верно, но несколько не точно.  Так вот стекло все-таки жидкость, так как оно течет, очень медленно, но течет.

Любое твердое тело "течет".