При температура Т1 частиците ще се отклонява наляво към точка А1 и В1 точка надясно. Средният позицията на колебание на частицата не съвпада с r0 и се премества в правото, и отнема r1 на стойност. при по-висока температура Т2 частиците ще се отклонява от А2 до В2, и централно положение се r2 стойност. По този начин, с повишаване на температурата, увеличаване на разстоянието между решетъчни възли кристални, т.е. термично разширение на тялото се случи.

Известно е, че когато твърдо тяло се нагрява от 0 ° С до температура Т ° С на първоначалната си дължина пропорционално на удължението и температура:

промени в обема на тялото и са пропорционални на първоначалния обем и температура:

Посочените форми са валидни само за органите на поликристални. За polycrystals и единични кристали с кубична симетрия, # 946; 3 = # 945.

Единични кристали имат анизотропна термично разширение.

Така че, ако балона се нагрява от един кристал, той ще се превърне в елипсоид. Анизотропията на свойствата на единични кристали, и термично разширение е следствие от факта, че частиците, които кристала, са разположени в правилен ред. С тази конструкция на частиците по различни посоки са поставени с различна плътност. Ако направим равнина, плътността на подреждането на частиците в тези различни равнини през местата на решетката. Следователно силата на взаимодействие и средното разстояние между единични кристални частици могат да бъдат различни в различни посоки, а това води до анизотропия.

Въпреки това, леко разширяване на води до възникване на значителни натоварвания в тялото.

топлинен капацитет на тялото показва в каква стойност промени вътрешната си енергия с промяната на температурата с един градус.

където # 8710; Е промяна във вътрешната енергия на тялото при промяна на температурата на # 8710; Т.

вътрешен енергиен неметални кристални материали сума на кинетичните енергии на частици от вибрационното движение, разположени на местата на решетката, и енергията на взаимодействието им.

Да разгледаме твърдо тяло с едноатомен решетка и разберете кои от стойностите зависи от топлинна мощност.

Ако приемем, че преместването на решетъчни атома относителните позиции на равновесие е малка, може да се приеме, че те правят под влиянието на колебание на квази-еластична сила F = -kx. Потенциалната енергия на разселени атома се определя по формулата U = kx2 / 2, кинетичната - формула Ek = mV2x / 2, и обща енергия E = U + Ek = kx2 / 2 + mv2x / 2.

Когато вибрациите на атомите е непрекъснат трансфер на своята кинетична енергия в потенциал и обратно. Така за известно време, равен на периода на трептене, потенциалната енергия ще има два пъти максималната стойност и се нулира два пъти. Същото може да се каже на кинетичната енергия. Неговата стойност за периода два пъти е нула и два пъти - равна на максималната стойност. Следователно можем да кажем, че при тази температура средната потенциалната енергия и средна кинетична енергия на вибриращо движение на атомите на кристалната решетка, равни помежду си:

Общата енергия на вибрационното движение на атомите в местата на кристалната решетка е равна на общата енергия на степен на свобода, умножена по броя на степените на свобода

За вътрешната енергия на един мол на веществото:

където N0-Число на Авогадро.

Това уравнение означава, че моларното топлинния капацитет на едновалентни кристални твърди вещества се доближава 25dzh / (мол * ° С). Експериментално, това съотношение е разположен в 1819. Тя се нарича закон на Dulong и Petit. Това е вярно за неметални решетки.

В метали като тя съдържа голям брой свободни електрони. Елементи правят произволни движения. Подобно на газовите молекули, те образуват електрон газ. Ето защо, ние все още трябва да се вземат под внимание движението на свободните електрони. Електроните притежават кинетична енергия и имат три степени на свобода. За всяка степен на свобода на средната кинетична енергия, равна на 1/2 КТ. Общата енергия на електрона е равна Е = 3 / 4kT. Енергията на електрони в мол вещество E # 956 = N0-3 / 2kT = 3 / 2kT.

Електронен специфична топлина на твърдо тяло

Както следва от закона на Dulong и Petit топлинният капацитет на твърдите частици не зависи от температурата. Опитът обаче показва, че в действителност специфичната топлина на твърди вещества намалява с намаляване на температурата и клони към нула, тъй като температурата подходи абсолютна нула.

Класическата теория на топлината капацитет не може да обясни защо специфичната топлина на твърди вещества в зависимост от температурата, както и да се определи обхвата на температури, при които правото на Dulong и Petit. Тук идва на помощ на квантовата теория на топлинна мощност, която е разработена от Айнщайн.

Според тази теория, атомите в възли кристалната решетка варират независимо със същата честота от около 1,013 Hz. Енергия, излъчвана осцилиращ атом не е постоянно, но порции. части на енергия, определени от експресията # 949 = Н # 957;, където ч - Планк константа, и # 957; - честота на трептене на атом.

При високи температури, когато топлинната енергия на движение на частиците на една степен на свобода е висока. В този случай, правото на Dulong и Petit.

При ниски температури, за което неравенството з # на 957;> KT, топлинната енергия движение недостатъчно за да се възбуди трептения на атомите, така че някои атоми "рязане", т.е. не участват в движението люлеенето, а това води до намаляване на капацитета на топлина. Температурата, при която започва намаляване топлинен капацитет може да се определи з # 957 = КТ; Т = Н # 957 / к.

Теорията на топлинната мощност на Айнщайн бе прецизирана P.Debaem. Einstein смята, че атомите в местата на кристалната решетка варират независимо и честота на трептене е същото. P.Debay счита, че атома в стабилно свързани и че те не могат да осцилира на същата честота.

Според P.Debaya на теория, температурата, при която започва намаляване топлинен капацитет може да се определи от топлинната енергия се равнява на една степен на свобода, максимален трептения атом: з # 957; макс = KT.

Тази температура се нарича температура Debye характеристика и обозначен с буквата # 1256; а = # 957; макс / C.

P.Debay също се оказа, че при температури близки до абсолютната нула, моларното топлинен капацитет е пропорционален на куба на температурата. Тази зависимост се наблюдава при температури по-ниски # 1256/50. този закон се нарича закон на Дебай кубчета.

По този начин, при Т> # 1256; произтича, Dulong и Petit, # 1256;> T> # 1256/50 капацитет топлина зависи от температурата, но количествен естеството на тази зависимост, все още не е установен, когато T<Ө/50 справедлив закон кубов Дебая.

Наречен термично проводящ пренос на топлина от едно тяло на друго или от една част на тялото в друга.