§6. Классикалық теорияның тәжірибиеден ауытқуы. Жылу

сыйымдылыгынын кванттык теориясы жөніндегі түсініктер

Жылу сыйымдылықтарының молекулалар қозгалысының тек

механикалық түрлерін еске апатын классикалык үгымдарга гана

негізделген бұл теориясы жуык теория болады. Мысалы, бұп

геориядан молекулапардың еркіндік дэрежелерінің саны бес болатын

скі атомды газдардың тұрақты көлемдегі Су жьшу сыйымдьшықтары

бірдей болу керек деген қорытынды шыгады. Ал тәжірибелердің

көрсетуіне қараганда, сол екі атомды газдардың жылу

сыйымдылықтарында біраз айырмашылықтар бар екендігі көрінеді.

Екінші жагынан, олар ^Л-ден едэуір кем, сондықтан мұндай

айырмашьшықтарды жогарыда келтірілген теория тұргысынан

түсіндіруге болмайды. Қарастырылган теориядан газдардың жылу

143

сыйымдылыгы температураға байланысты емес екендігі көрінеді, ал

шынында эксперименттер жылу сыйымдылыкгары температураға

байланысты екендігін көрсетеді; заттардың барлыгының да төменгі

температуралардағы жылу сыйымдылыктары негұрлым жогары

температуралардагынан гөрі кем болады. Мысалы газ күйіндегі

сутегінің эртүрлі температурадагы жылу сыйымдылыгы мынадай

болады:

т " к 197" 90° 40"

с . 4,38 3,25 2,98

Бүл кестеден сутегінің Т=40°К төмен температурадағы, яғни

і = 233°С-дағы, жылу сыйымдылығы сутегінің екі атомды

молекуласында бес еркіндік дәрежесі бар деп есептеп классикалык

теориядан алганымыздан едэуір кем екендігі кврінеді; ол -^й-ге жуык.

Керісінше, өте жогары температурада жылу сыйымдылығы есептеп

шыгаргандыгынан артык болады. Жылу сыйымдылыгының кпас-

сикалық теориясы тек орта температураларда ғана жақсы нәтиже

береді. Бүл жагдай классикалық үгымдардың жеке атомдар мен

молекулаларға колданылмайтындығынан болып отыр. Жылу

сыйымдылығының дүрыс теори-

ясы к в ан т ты к механикада уу .

беріледі.

Классикалық көзқарас бой-

ынша кезкелген еркіндік дэреже-

сіне сэйкес келетін ≫ 0 энергия үз-

діксіз өзгере алады. Квантгык

теория бойынша молекулалардың

айналу энергиясы. сондай-ак

олардың тербелу энергиясы тек

үздік-үздік болып кана өзгере 12-сурет

алады; осы айналу немесе тербелу энергияларының і уақытқа байла-

нысты өзгеруді график түрінде баспалдақты сызықпен кескінделеді

( 1 2 -сурет), энергия секірмелі түрде өзгереді.

Кәдімгі екі атомды молекулалар (азот, оттегі) үшін бүл

баспалдақтар шамалап алғанда 10 |5эрг мөлшерде болады. Бір еркіндік

дәрежесіне келетін ~кТ орташа энергия Т=300°К температурада

и>о-2,17 10'и эрг-ке тең болады; сонымен молекулалардың бөлме

температурасындағы айналу энергиясының баспалдактары бір еркін-

144

дік дәрежесіне келетін орташа энергияға караганда кішкене болады.

Осының аркасында жылу сыйымдылыгын классикалык теорияға сүйе-

ніп есептеп шығаруға да болады. Ал энергияның өзін энергия

баспалдыгының шамасымен саластыруға болатын темен температура-

ларда классикалық көзқарастар жарамайды.

Сонымен бірге төмен температураларда молекулалардың айналу

энергиясының температурага байланысты өзгеруі тоқталады екен.

Осының нэтижесінде барлық газдардың жылу сыйымдылығы төмен

3

температурада С „= -Л мәніне жуықтайды. Мүнымен қатар төмен

гсмператураларда энергияның орташа мәнін кванттык теорияда

классикапық теориядан өзгеше жолмен есептеп табады, мүнда газдың

«азгындалуы» дегенді ескеруге тура келеді.

Молекулалардың кванттык теориясы молекулаларда абсолют

нольге тең температураның өзінде де жогапмайтын нольдік тербеліс

>нергиясы деп аталатын энергия бар екендігін көрсетеді. Тербеліс

інергиясының осы «нольдік» баспапдағынан кейінгі баспапдағы

соншапықты жоғары жататындықтан, оны тек өте жоғары

і-смператураларда ғана ескеруге тура келеді. Сонымен төмен және

орташа температураларда молекулалардағы тербелістер тіпті жогапып

кетпейтін болса да, олар температурага байланысты болмайды, олай

болса жылу сыйымдылыгына әсер етпейді.