Fase (stof)

I fysikvidenskaberne er en fase eller stoffase tilstanden af det makroskopiske fysiske system, som har nogenlunde ens kemisk sammensætning og fysiske egenskaber (f.eks. massefylde, krystalstruktur, brydningsindeks...). De mest kendte faseeksempler (tidligere tilstandsformer) er:
 Plasmaform
 Gasform
 Flydende form
 Fast form

Mindre kendte faser omfatter stoffers diamagnetiske, paramagnetiske og ferromagnetiske faser.

Her er en liste over nogle af de videnskabeligt anerkendte stoffaser:
 Plasma (ioniseret gas)
 Gasform, "luftformigt"
 Flydende form
 Superflydende fast stof
 Fast form
 Bose-Einstein kondensat
 Fermionisk kondensat

Her udover spekuleres der i yderligere tilstandsformer/faser:
 "polariton superfluid"
 "Bosonmetal"
 "Nukleonagtig stof" – En neutronstjernes massefylde antages at være tæt på atomkerners og neutroners.
 "Kvarkagtig stof" – En kvarkstjernes massefylde antages at være højere end neutronstjerners og dermed atomkerners og neutroners.

Definition 
Selvom faser er begrebsmæssigt simple, er de svære at definere præcist. En god definition af et systems fase, er et område i parameterrummet af systemets termodynamiske variable, hvor den "frie" energi opfører sig matematisk analytisk.

Det kan også udtrykkes ved, at 2 forskellige tilstande af et system er samme fase, hvis de kan afbildes til hinanden uden hop eller knæk i enhver af deres termodynamiske egenskaber.

Når et system går fra en fase til en anden, vil der generelt være et hop eller knæk, hvor den frie energi er ikke-analytisk. Dette benævnes en faseovergang, faseskift. Almindelige kendte faseovergange er smeltning (fast til flydende) og fortætning (kondensation, gas til flydende). Grundet denne ikke-analytiske, vil den frie energi på begge sider af faseskiftet være 2 forskellige analytiske funktioner, så en eller flere termodynamiske egenskaber vil opføre sig meget anderledes efter faseskiftet.

Den mest undersøgte termodynamiske egenskab er varmekapacitet. Ved et faseskift vil varmekapacitetsgrafen enten gå mod uendelig, hoppe til en anden værdi eller knække (en af funktionens afledede vil være diskontinuert).

Mulige varmekapacitetsgrafer (C) som funktion af temperaturen (T) ved et faseskift.

Fasediagram 
Et systems forskellige faser kan repræsenteres med et fasediagram. Diagrammets akser er de relevante termodynamiske variable. For simple mekaniske systemer anvendes hovedsageligt tryk og temperatur. Den følgende figur viser et fasediagram for et typisk stof som udviser en fast-, flydende- og gas-fase.

Anvendelse 

En kendt formel, idealgasligningen, som gælder for en afspærret mængde af en ideel gas og tilnærmelsesvis også for molekylære gasser er:

P * V = n * R * T

Formlen gælder netop kun når stoffet er på gasform. Hvis noget af stoffet fortættes eller sublimerer, så gælder formlen ikke. Så længe formlens variable er strengt matematisk positive er formlen analytisk, lige meget hvilken variabel der isoleres.

Blandinger 
Stofblandinger kan være homogene eller heterogene, eller i flere faser, f.eks. en blanding af olie og vand (se billedet).

Kilder/referencer

Se også 
 Aggregattilstand
 Fysik, kvantemekanik, faststoffysik, entropi, exergi

Eksterne henvisninger 

 Fagenes Infoguide: Ungdomsuddannelser – Faststoffysik 
 2004-11-19, Sciencedaily: Unusual Material That Contracts When Heated Is Giving Up Its Secrets To Physicists 
 24 September 2004, physicsweb: Law-breaking liquid defies the rules  Citat: "...Marie Plazanet and colleagues at the Université Joseph Fourier and the Institut Laue-Langevin, both in Grenoble, found that a simple solution composed of two organic compounds becomes a solid when it is heated to temperatures between 45 and 75 °C, and becomes a liquid when cooled again..."
 Perimeter Institute for Theoretical Physics (2012, December 21). The 500 phases of matter: New system successfully classifies symmetry-protected phases. ScienceDaily  Citat: "...Forget solid, liquid, and gas: there are in fact more than 500 phases of matter..."