Свободная энергия неоднородной системы. I. Интерфейсная свободная энергия

Показано, что свободная энергия объема V изотропной системы с неоднородным составом или плотностью задается выражением: N_V ∫_V [f_0(c) + κ(∇c)^2] dV, где N_V — число молекул в единице объема, ∇c — градиент состава или плотности, f_0 — свободная энергия на молекулу однородной системы, а κ — параметр, который в общем случае может зависеть от c и температуры, но для регулярного раствора является константой, которую можно вычислить. Это выражение используется для определения свойств плоского интерфейса между двумя сосуществующими фазами. В частности, установлено, что толщина интерфейса увеличивается с ростом температуры и становится бесконечной при критической температуре T_c, а при температуре T, немного ниже T_c, интерфейсная свободная энергия σ пропорциональна (T_c − T)^{3/2}. Предсказанные значение интерфейсной свободной энергии и ее температурная зависимость согласуются с имеющимися экспериментальными данными. Кратко обсуждается возможность использования оптических измерений толщины интерфейса в качестве дополнительной проверки предложенного подхода.