Вопрос 29. Теплоемкость твердых тел.

В качестве модели тв. тела рассмотрим правильно построенную крист. решётку, в углах которой расположены частицы (атомы, молекулы и т.д.) принимаемые за матер. точки колебл. около своих положений равновесия в трёх навравлениях (x y z). Таким образом каждые составляющие решётку частицы приписывается 3 колебат. степени свободы, каждая из которых обладает энергией kT. Тогда внутр. энергия 1 моля тв. тела U_m=3N_akT=3RT.

Молекулярная теплоемкость тв. тела С_v=dU_m/dT=3R=25Дж/моль*K.

Молярная или атомная теплоёмкость химич. простых тел одинакова и не зависит от Т.

Этот закон носит название закона Дюлонга-Ипти. Если тв. тело явл. химич. соед. (пример NaCl), то число частиц в 1 моле не равно постоянной Авогадро, а равно nN_a, где n – число атомов в молекуле. Таким образом молярная теплоёмкость тв. хим. соед. C_v=3nR=25n Дж/моль*K.

Закон Дюлонга-Ипти выполняется с хорошим приближением, но для некоторых веществ (C, B, Be) имеет значит. отклонение от вычисленных значений. Алмаз например имеет R=3, при Т=1800К. Вблизи 0К теплоемкость пропорциональна Т³.

Вопрос 30. Испарение, сублимация, плавление и кристаллизация.

Испарение твердого тела называется сублимацией (возгонкой), а парообразование в объёме жидкости — кипением (испарением). Обычно под испарением понимают парообразование на свободной поверхности жидкости в результате теплового движения её молекул при температуре ниже точки кипения, соответствующей давлению газовой среды, расположенной над указанной поверхностью. При этом молекулы, обладающие достаточно большой кинетической энергией, вырываются из поверхностного слоя жидкости в газовую среду; часть их отражается обратно и захватывается жидкостью, а остальные безвозвратно ею теряются. Процесс испарения происходит при любой t, но его интенсивность возрастает с её ростом. Наряду с процессом испарения происходит компенсирующий процесс – процесс конденсации пара в жидкость. Насыщенный пар – пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью. При обычных t процесс сублимации не значительный и так же усиливается с повышением t. (Интенсивно – в вакууме). Известный процесс - Лёд – Пар.

Плавление — это процесс перехода тела из кристаллического твёрдого состояния в жидкое. При Т плавления начинается переход из тв. состояния в жидкое, при чём Тпл. остаётся пост. до тех пор, пока кристалл полностью не расплавится. В процессе плавления теплота сообщаемая телу идёт на совершение работы по разрушению кристаллической решётки. Кол-во теплоты, необходимое для расплавления 1 кг в-ва назыв. удельной теплотой плавления. Лямбда=Q/m (Дж/кг), T=const. И плавление и кристаллизация происходят при одной Т.

Кристаллизация — процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое, кристаллическое с образованием кристаллов. Для кристаллизации в-ва необходимы наличие центров кристаллизации – кристаллических зародышей, которые могут быть не только кристаллики в-ва, но и любые другие примеси. Отсутствие центров кристаллизации в чистой жидкости затрудняет образование кристалликов и в-во, оставаясь в жидком виде охлаждается до Т<Ткрист. При этом образуется переохлаждённая жидкость.

Переохлаждение происходит от долей до 10-ков градусов, но для ряда в-в может достигать сотен градусов. Из-за большой вязкости, сильно переохлаждённые жидкости теряют текучесть, сохраняя при этом свою форму. Такие тела называются афморфные (воск, смола…)