Теплоемкость - примерКинетическая и потенциальная энергия. В процессе колебаний атомов около положения равновесия меняется значение их кинетической и потенциальной энергии.

При максимальном удалении атома от равновесного (среднего) положения в момент изменения направления движения на обратное его скорость и кинетическая энергия атома равны нулю, а потенциальная энергия приобретает предельное значение. В положении равновесия потенциальная энергия принимает минимальное значение (стремится к нулю), а скорость движения и соответствующая кинетическая энергия максимальны. Таким образом, при колебательном изменении межатомного расстояния периодически происходит смена кинетической энергии колеблющегося атома потенциальной и наоборот.

Колебания атомов в структуре являются тем резервуаром, который запасает энергию, поступающую от внешних источников к кристаллу. В минералах, характеризующихся пространственной периодичностью расположения атомов, различные направления колебаний атомов могут быть сведены к колебаниям в 3-х взаимно перпендикулярных направлениях, т.е. каждый колеблющийся атом имеет как минимум три степени свободы. Следовательно, в 1 г-атоме минерала Лгатомов (где число Авогадро Na=6. 16-1023) обладают степениями свободы. Можно провести аналогию с теорией теплоемкости газов. Для газа на каждую степень свободы приходится энергия, равная кТ/2 (к - постоянная Больцмана). Однако в газе энергия запасается только в виде кинетической, потенциальной энергией газ не обладает. В процессе колебаний атома в твердом теле его кинетическая и потенциальная энергии изменяются от 0 до кТ. движениями, вкладом деформационных и вращательных колебаний. На их «раскачку» требуется дополнительная тепловая энергия.

Молярная теплоемкость твердых тел Cv при возрастании температуры от достаточно низких до высоких значений изменяется от нуля до 6 или 8 кал/град-моль. В отличие от идеального одноатомного газа, теплоемкость которого постоянна, теплоемкость твердых тел изменяется с температурой. Точный расчет теплоемкости твердого тела чрезвычайно сложен, поскольку для этого необходимо знать сумму кинетической и потенциальной энергий каждого колеблющегося атома. На практике обычно не идут по такому пути. Вместо этого используют широкие допущения о характере колебаний атомов, тем самым значительно упрощая расчеты. Наиболее удачна в этом плане теория Дебая. Вполне очевидно хорошее соответствие теории с экспериментальными данными.

При абсолютном нуле теплоемкость равна нулю. При температурах несколько выше абсолютного нуля теплоемкость быстро возрастает - пропорционально


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+