Tröpfchenmodelle des Flüssig-Gas-Übergangs und ihre Computersimulation

1869 entdeckte ANDREWS, daB die fltissige Phase ohne das Auftreten von Singu laritaten in den thermodynamischen Funktionen in die gasformige umgewandelt werden kann. VAN DER WAAlS gab in seiner bertihmten Arbeit tiber "Das Ver haltnis zwischen dem fltissigen und gasformigen Zustand" dazu die theoretische Deutung. Entsprechend besteht das P-T Phasendiagramm des Fltissigkeit-Gas Systems aus einer Linie von Phasentibergangen erster Art (Dampfdruckkurve), die in einem kritischen Punkt endet (P: Druck, T: Temperatur, s. Abb. 1a). Wenn die Phasenumwandlung tiber die Linie durchgeftihrt wird, haben die ersten Ablei tungen der freien Energie, die Entropie und das Volumen einen Sprung. Wird der ProzeB tiber den kritischen Punkt TO' Pc geleitet, so treten in dessen U m gebung bestimmte Phanomene auf, wie z. B. kritische Opaleszenz, die mit den Singularitaten der zweiten Ableitungen der freien Energie verbunden sind. Abb. 1: a) Phasendiagramm des Fliissigkeit-Gas-Phaseniibergangs. An der Dampfdruckkurve (dick gezeichnet) sind Gas (oberhalb der Linie) und Fliissigkeit (unterhalb der Linie) unterscheidbar. b) Phasendiagramm des Isingmodells. p H b) a) T T 8 Janos Kertesz Es gibt aber auch einen drinen Weg. FUr Temperaturen iiber Tc hat es keinen Sinn, iiber Fliissigkeit oder Gas zu sprechen: Das System ist in einem gemeinsamen fluiden Zustand. Da aber anscheinend diese Zustande bis zur Dampfdruckkurve analytisch fortsetzbar sind, ergibt sich die Folgerung, daB die eine Phase in die andere ohne Singularitaten umwandelbar ist, wenn ein Weg von Zustanden gewahlt wird, der den kritischen Punkt umgeht.