Хийн дулаан багтаамж нь биеийг нэг градусаар халаахад шингээх энергийн хэмжээг хэлнэ. Энэ физик хэмжигдэхүүний үндсэн шинж чанаруудад дүн шинжилгээ хийцгээе.
Тодорхойлолтууд
Хийн хувийн дулаан нь тухайн бодисын нэгж масс юм. Түүний хэмжилтийн нэгж нь Ж/(кг·К) юм. Агрегацын төлөвийг өөрчлөх явцад бие махбодид шингэсэн дулааны хэмжээ нь зөвхөн эхний болон эцсийн төлөвтэй төдийгүй шилжилтийн аргатай холбоотой байдаг.
Хэлтэс
Хийн дулаан багтаамжийг тогтмол эзэлхүүн (Cv), тогтмол даралт (Cр)-д тодорхойлсон утгад хуваана.
Даралтыг өөрчлөхгүйгээр халаах тохиолдолд зарим дулааныг хийн тэлэлтийн ажлыг бий болгоход зарцуулж, энергийн нэг хэсгийг дотоод энергийг нэмэгдүүлэхэд зарцуулдаг.
Тогтмол даралттай хийн дулаан багтаамжийг дотоод энергийг нэмэгдүүлэхэд зарцуулсан дулааны хэмжээгээр тодорхойлно.
Хийн төлөв: онцлог, тайлбар
Идеал хийн дулаан багтаамжийг Сp-Сv=R гэдгийг харгалзан тодорхойлно. Сүүлийн хэмжигдэхүүнийг бүх нийтийн хийн тогтмол гэж нэрлэдэг. Түүний утга нь 8.314 Ж/(моль К)-тай тохирч байна.
Дулааны багтаамжийн онолын тооцоог хийхдээ, жишээлбэл, температурын хамаарлыг тайлбарлахдаа зөвхөн термодинамик аргыг ашиглах нь хангалтгүй бөгөөд өөрийгөө статик физикийн элементүүдээр зэвсэглэх нь чухал юм.
Хийн дулаан багтаамж нь зарим молекулуудын хөрвүүлэх хөдөлгөөний энергийн дундаж утгыг тооцоолоход хамаарна. Ийм хөдөлгөөнийг молекулын эргэлт ба хөрвүүлэлтийн хөдөлгөөн, мөн атомын дотоод чичиргээнээс дүгнэсэн болно.
Статик физикт эргэлтийн болон хөрвүүлэх хөдөлгөөний чөлөөт байдлын зэрэг бүрт бүх нийтийн хийн тогтмолын хагастай тэнцэх хийн хэмжигдэхүүн байдаг гэсэн мэдээлэл байдаг.
Сонирхолтой баримтууд
Нэг атомт хийн бөөмийг гурван хөрвүүлэх эрх чөлөөний зэрэгтэй гэж үздэг тул хийн хувийн дулаан нь гурван хөрвүүлэх, хоёр эргэлтийн, нэг чичиргээний зэрэгтэй байна. Тэдний жигд тархалтын хууль нь тогтмол эзэлхүүн дэх хувийн дулааныг R-тэй тэнцүүлэхэд хүргэдэг.
Туршилтын явцад хоёр атомт хийн дулаан багтаамж R утгатай тохирч байгаа нь тогтоогдсон. Онол практикийн ийм зөрүүг идеал хийн дулаан багтаамж нь кванттай холбоотой байдагтай холбон тайлбарладаг. Иймээс тооцоолол хийхдээ квант дээр суурилсан статистикийг ашиглах нь чухал юммеханик.
Квант механикийн үндэс дээр үндэслэн хийн молекулуудыг оролцуулаад хэлбэлздэг буюу эргэдэг аливаа бөөмийн систем нь зөвхөн зарим нэг салангид энергитэй байдаг.
Хэрэв систем дэх дулааны хөдөлгөөний энерги нь тодорхой давтамжийн хэлбэлзлийг өдөөхөд хүрэлцэхгүй бол ийм хөдөлгөөн нь системийн нийт дулаан багтаамжид нөлөөлөхгүй.
Үүний үр дүнд тодорхой эрх чөлөөний зэрэг нь "хөлдүү" болж, түүнд тэгш хуваалтын хуулийг хэрэглэх боломжгүй.
Хийн дулаан багтаамж нь бүх термодинамик системийн үйл ажиллагаа хамаардаг төлөв байдлын чухал шинж чанар юм.
Тэнцвэр хуваалтын хуулийг чичиргээ болон эргэлтийн эрх чөлөөний зэрэгт хэрэглэж болох температур нь квант онолоор тодорхойлогддог бөгөөд Планк тогтмолыг Больцманы тогтмолтой холбодог.
Диаатомт хий
Иймэрхэг хийн эргэлтийн энергийн түвшний хоорондын зөрүү нь цөөн тооны градус байна. Үл хамаарах зүйл нь устөрөгч бөгөөд температурын утгыг хэдэн зуун градусаар тодорхойлдог.
Тийм учраас тогтмол даралттай хийн дулаан багтаамжийг жигд тархалтын хуулиар тодорхойлоход хэцүү байдаг. Квантын статистикт дулааны багтаамжийг тодорхойлохдоо түүний чичиргээний хэсэг нь температур буурсан тохиолдолд хурдан буурч, тэг болно.
Энэ үзэгдэл нь өрөөний температурт дулаан багтаамжийн чичиргээний хэсэг бараг байдаггүйг тайлбарлаж байна.хоёр атомт хий, энэ нь тогтмол R-тай тохирч байна.
Бага температурын үзүүлэлтүүдийн хувьд тогтмол эзэлхүүнтэй хийн дулаан багтаамжийг квант статистик ашиглан тодорхойлно. Термодинамикийн гуравдугаар хууль гэж нэрлэгддэг Нернстийн зарчим байдаг. Түүний найрлагад үндэслэн хийн молийн дулаан багтаамж нь температур буурах тусам буурч, тэг болох хандлагатай байна.
Хатуу бодисын онцлог
Хэрэв хийн хольцын дулаан багтаамжийг квант статистик ашиглан тайлбарлаж болох юм бол нэгтгэх хатуу төлөвийн хувьд дулааны хөдөлгөөн нь тэнцвэрийн байрлалын ойролцоох бөөмсийн бага зэрэг хэлбэлзлээр тодорхойлогддог.
Атом бүр гурван чичиргээний чөлөөт зэрэгтэй байдаг тул тэгш хуваалтын хуулийн дагуу хатуу биетийн молийн дулаан багтаамжийг 3nR, n нь молекул дахь атомын тоогоор тооцоолж болно.
Практикт энэ тоо нь хатуу биеийн дулааны багтаамж өндөр температурт хүрэх хязгаар юм.
Зарим элемент, түүний дотор металлын хувьд энгийн температурт хамгийн дээд хэмжээг авч болно. n=1-ийн хувьд Дулонг ба Петитийн хууль биелдэг боловч нарийн төвөгтэй бодисын хувьд ийм хязгаарт хүрэх нь нэлээд хэцүү байдаг. Бодит байдал дээр хязгаарыг олж авах боломжгүй тул хатуу бодис задрах эсвэл хайлах болно.
Квантын онолын түүх
Квантын онолыг үндэслэгч нь 20-р зууны эхэн үеийн Эйнштейн, Дебай нар юм. Энэ нь тодорхой атомын хэлбэлзлийн хөдөлгөөнийг квантжуулахад суурилдагболор. Бага температурын үзүүлэлтүүдийн хувьд хатуу биеийн дулааны багтаамж нь кубаар авсан үнэмлэхүй утгатай шууд пропорциональ болж хувирдаг. Энэ харилцааг Дебайгийн хууль гэж нэрлэдэг. Бага ба өндөр температурын үзүүлэлтүүдийг ялгах шалгуур болгон тэдгээрийг Дебай температуртай харьцуулсан болно.
Энэ утга нь бие дэх атомын чичиргээний спектрээр тодорхойлогддог тул түүний талст бүтцийн онцлогоос ихээхэн хамаардаг.
QD нь хэдэн зуун K-тэй утга боловч жишээлбэл, алмаазаас хамаагүй өндөр байна.
Дамжуулах электронууд нь металлын дулаан багтаамжид ихээхэн хувь нэмэр оруулдаг. Үүнийг тооцоолохын тулд Ферми квант статистикийг ашигладаг. Металлын атомын электрон дамжуулалт нь үнэмлэхүй температуртай шууд пропорциональ байна. Энэ нь ач холбогдолгүй утга учир зөвхөн үнэмлэхүй тэг рүү чиглэсэн температурт тооцно.
Дулааны багтаамжийг тодорхойлох арга
Туршилтын гол арга бол калориметр юм. Дулааны багтаамжийн онолын тооцоог хийхийн тулд статистик термодинамикийг ашигладаг. Энэ нь хамгийн тохиромжтой хий, мөн талст биетүүдийн хувьд ч хүчинтэй бөгөөд энэ нь материйн бүтцийн талаархи туршилтын мэдээлэлд үндэслэн хийгдсэн болно.
Идеал хийн дулаан багтаамжийг тооцоолох эмпирик аргууд нь химийн бүтэц, атомын бие даасан бүлгүүдийн Ср-д оруулсан хувь нэмэр дээр суурилдаг.
Шингэний хувьд термодинамикийн хэрэглээнд суурилсан аргуудыг бас ашигладагУуршилтын энтальпийн температурын деривативаар идеал хийн дулаан багтаамжаас шингэн рүү шилжих боломжтой циклүүд.
Уусмалын хувьд дулааны багтаамжийг нэмэлт функцээр тооцохыг зөвшөөрөхгүй, учир нь уусмалын дулаан багтаамжийн илүүдэл утга нь үндсэндээ чухал юм.
Үүнийг үнэлэхийн тулд уусмалын молекул-статистикийн онол хэрэгтэй. Хамгийн хэцүү нь термодинамик шинжилгээнд гетероген системүүдийн дулааны багтаамжийг тодорхойлох явдал юм.
Дүгнэлт
Дулааны хүчин чадлыг судлах нь химийн реактор, түүнчлэн химийн үйлдвэрлэлийн бусад төхөөрөмжид тохиолддог процессуудын энергийн балансыг тооцоолох боломжийг олгодог. Үүнээс гадна, энэ утга нь хөргөлтийн оновчтой төрлийг сонгоход шаардлагатай.
Одоогийн байдлаар янз бүрийн температурын интервал дахь бодисын дулааны багтаамжийг бага утгаас өндөр утга хүртэл туршилтаар тодорхойлох нь бодисын термодинамик шинж чанарыг тодорхойлох гол сонголт юм. Бодисын энтропи ба энтальпийг тооцоолохдоо дулаан багтаамжийн интегралыг ашигладаг. Тодорхой температурын хязгаарт химийн урвалжуудын дулааны багтаамжийн талаархи мэдээлэл нь процессын дулааны нөлөөг тооцоолох боломжийг танд олгоно. Уусмалын дулааны багтаамжийн талаарх мэдээлэл нь тэдгээрийн термодинамик параметрүүдийг шинжилж буй интервал дахь температурын аль ч утгыг тооцоолох боломжтой болгодог.
Жишээ нь шингэн нь боломжит энергийн утгыг өөрчлөхийн тулд дулааны тодорхой хэсгийг зарцуулснаар тодорхойлогддог.урвалд ордог молекулууд. Энэ утгыг шийдлүүдийг тодорхойлоход ашигладаг "тохируулгын" дулааны багтаамж гэж нэрлэдэг.
Бодисын термодинамик шинж чанар, түүний нэгтгэх төлөвийг харгалзахгүйгээр математикийн бүрэн тооцоолол хийхэд хэцүү байдаг. Тийм ч учраас шингэн, хий, хатуу бодисын хувьд дулааны хувийн багтаамж гэх мэт шинж чанарыг ашигладаг бөгөөд энэ нь бодисын энергийн параметрүүдийг тодорхойлох боломжийг олгодог.
