Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Дюлонгом (!785 †18) н Л. Пти (1791 — 1820) и носит название закона Дюлонга н Птн. Если твердое тело является химическим соединением (например, ХаС(), то число частиц в моле не равно постоянной Авогадро, а равно л)тх, где и — число атомов в молекуле (для ХаС1 число частиц в моле равно 2Фх, так, в одном моле ХаС! содержится )тх атомов Ыа и )хх атомов С(). Таким образом, молярная теплоемкость твердых химических средине. ння Сг=Зп)7ж25и Дж/(моль ° К), Таблица 4 т. е. равна сумме атомных теплоемкостей элементов, составляющих зто соединение. Как показывают опытные данные (табл.
4), для многих веществ закон Дюлонга и Пти выполняется с довольно хорошим приближением, котя некоторые вещества (С, Ве, В) имеют значительные отклонения от вычисленных теплоемкостей. Кроме того, так же как и в случае газов (см. $53), опыты по измерению теплоемкости твердых тел при низких температурах показали, что она зависит от температуры (рис.
113). Вблизи нуля Кельвина теплоемкость тел пропорциональна Т', и только при достаточно высоких температурах, характерных для каждого вещества, выполняется условие (73.!), Алмаз, например, имеет теплоемкость, равную 3)г при 1800 К! Однако для большинства твердых тел комнатная температура является уже достаточно высокой. Расхождение опытных и теоретических значений теплоемкостей, вычисленных на Рис.
113 Г л а э а ! О. Рсэл~ ные ггзы, жидкости к 1всрдые ~сзг основе классической теории, объяснили исходя из квантовой теории теплоемко стей, А. Эйнштейн и П. Дебай (1884— 1966). 9 74. Испарение, сублимация, плавление и кристаллизация. Аморфные тела Как в жидкостях, так и в твердых телах всегда имеется некоторое число молекул, энергия которых достаточна для преодоления притяжения к другим молекулам и которые способны оторваться от поверхности жидкости нлн твердого тела и перейти в окружающее их пространство. Этот процесс для жидкости называется испарением (или парообраэованием), для твердых тел — сублимацией (или возгонкой).
Испарение жидкостей идет при любой температуре, но его интенсивность с повышеннем температуры возрастает. Наряду с процессом испарения происходит компенсирующий его процесс конденсации пара в жидкость. Если число молекул, покидающих жидкость за единицу времени через единицу поверхности, равно' числу молекул, переходящих из пара в жидкость, то наступает дннамическое равновесие между процессами испарения и конденсации. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным (см.
также 4 62). Для большинства твердых тел процесс сублимации при обычных температурах незначителен н давление пара над поверхностью твердого тела мало, оно повышается с повышением температуры. Интенсивно сублимнруют такие вещества, как нафталин, камфора, что обнаруживается по резкому, свойственному им запаху.
Особенно интенсивно сублимация происходит в вакууме — этим пользуются для изготовления зеркал. Известный пример сублимации — превращение льда в пар— мокрое белье высыхает на морозе. Если твердое тело нагревать, то его внутренняя энергия (складывается из энергии колебаний частиц в узлах решетки и энергии взаимодействия этих частиц) возрастает. При повышении тем.
пературы амплитуда колебаний частиц с су 6 Рнс. 114 увеличивается до тех пор, пока кристаллическая решетка не разрушится,— твердое тело плавится. На рис. 114, а изображена примерная зависимость Т(Я), где Я вЂ” количество теплоты, полученное телом при плавлении.
По мере сообщения твердому телу теплоты его температура повышается, а при температуре плавления Т.. начинается переход тела из твердого состояния в жидкое. Температура Т„ остается постоянной до тех пор, пока весь кристалл не расплавится, н только тогда температура жидкости вновь начнет повышаться. Нагревание твердого тела до Т„, еще не переводит его в жидное состояние, поскольку энергия частиц вещества должна быть достаточной дли разрушения кристаллической решетки. В процессе плавления теплота, сообщаемая веществу, идет на совершение работы по разрушению кристаллической решетки, а поэтому Т„„ =сопз1 до расплавления всего кристалла.
Затем подводимая теплота пойдет опять-таки на увеличение энергии частиц жидкости н ее температура начнет повышаться. Количество теплоты, необходимое для расплавления 1 кг вещества, называется удельной теплотой плавления. Если жидкость охлаждать, то процесс протекает в обратном направлении (рнс. 1!4, б; Я' -- количество теплоты, отданное телом прн кристаллизации): сначала температура жидкости понижаетсн, затем при постоянной температуре, равной Тгь начинается кристаллизация, после ее завершения температура кристалла начинает понижаться. Для кристаллизации вещества необходимо наличие так нгзыпгс 124 2 Основы чоясхуяирнпи ф~ыихи и гсвчолчнччпхч мых центров кристаллизации —.
кристалличесних зародышей, которыми могут быть не только нристаллнки образующегося вещества, но и примеси, а также пыль, сажа и т. д. Отсутствие центров кристаллизации в чистой жидкости затрудняет образование микроскопических кристалликов, и вещество, оставаясь в жидком состоянии, охлаждаетсн до температуры, меньшей температуры кристаллизации, при этом образуется переохлвжденная жидкость (на 114, б ей спответствует штриховая кривая). При сильном переохяаждеиии начинается спонтанное образование центров кристаллизации и вещество кристаллизуется довольно быстро. Обычно переохлаждение расплава происходит от долей до деснтков градусов, но для ряда веществ может достигать сатен градусов. Из-за большой вязкости сильно переохлажденные жидкости теряют текучесть, сохраняя, как и твердые тела, свою форму. Эти тела палучилн название аморфных твердых тел; к ним относятся смолы, воск, сургуч, стекло.
Аморфные тела, являясь, таким образом, пере- охлажденными жидкостями, изотрапны, т. е, нх свойства во всех направлениях одинаковы; для них, как и для жидкостей, характерен ближний порядок в расположении частиц; в них в отличие от жидкостей подвижность частиц довольно мала. Особенностью аморфных тел является отсутствие у них определенной точки плавления, т. е невозможно указать определен. ную температуру, выше которой можно было бы констатировать жидкое состоя. иие, а ниже — твердое. Из опыта известно, что в аморфных телах со временем может наблюдаться процесс кристаяяиза.
ции, например в стекле появляются кристаллики, оно, теряя прозрачность, начинает мутнеть и превращаться в поликристаллическое тело. В последнее время широкое распространение в народном хозяйстве получили полимеры — органические аморфные тела, молекулы которых состоят из бпльшого числа одинаковых длинных молекулярных цепочек, соединенных химическими (ва. лентными) связями.
К полимерам относятся как естественные (крахмал, белок, кау- чук, клетчатка и др.), так н искусственные (пластмасса, резина, полистирал, лавсан, капрон и др.) органические вещества. Полимерам присущи прочность и эластич. ность; некоторые полимеры выдерживают растяжение, в 5 — 10 раз превышающее их первоначальную длину. Это объясняется тем, что длинные молекулярные цепочки могут при деформации либо сворачиваться в плотные клубни, либо вытягиваться в прямые линни.
Эластичность полимеров пронвляется только в определенном интер. вале температур, ниже которого они становятся твердыми и хрупкими, а выше -- пластичными Хотя синтетических полимерных материалов создано очень много (искусственные волокна, заменители кожи, строительные материалы, заменители металлов и др.), но теория полимеров до настоящего времени полностью не разработана. Ее развитие определяется запросами современной техники, требующей синтеза полимеров с заранее заданными свойствами. (! 75». Фазовые переходы ! и !! рода Фазой называется термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества. Если, например, в закрытом сосуде находится вода, то эта система является двухфазной: жидкая фаза — вода; газообразная фаза — смесь воздуха с водяными парами.
Если в воду бросить кусочки льда, то эта система станет трехфазной, в которой лед является ~верной фазой. Часто понятие «фаза» употребляетсн в смысле агрегатного состояния, однако надо учитывать, что ано шире, чем понятие <агрегатное состояние». В пределах одного агрегатного состояния вешест. во может находиться в нескольких фазах, отличающихся по своим свойствам, саста. ау и строению (лед, например, встречается в пяти разяичных модификациях — фазах).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
