Закон Дюлонга — Пти

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
 Просмотр этого шаблона  Статистическая физика
S = k_B \, \ln\Omega
Термодинамика
Молекулярно-кинетическая теория
См. также: Портал:Физика

Закон Дюлонга — Пти (Закон постоянства теплоёмкости) — эмпирический закон, согласно которому молярная теплоёмкость твёрдых тел при комнатной температуре близка к 3R[1]:

~ C_v = 3R,

где R — универсальная газовая постоянная.

Закон выводится в предположении, что кристаллическая решетка тела состоит из атомов, каждый из которых совершает гармонические колебания в трех направлениях, определяемыми структурой решетки, причем колебания по различным направлениям абсолютно независимы друг от друга. При этом получается, что каждый атом представляет три осциллятора с энергией E, определяемой следующей формулой:

~ E = kT.

Формула вытекает из теоремы о равнораспределении энергии по степеням свободы. Так как каждый осциллятор имеет одну степень свободы, то его средняя кинетическая энергия равна ~ K = { kT \over 2 }, а так как колебания происходят гармонически, то средняя потенциальная энергия равна средней кинетической, а полная энергия — соответственно их сумме. Число осцилляторов в одном моле вещества составляет ~ 3 N_a, их суммарная энергия численно равна теплоемкости тела — отсюда и вытекает закон Дюлонга-Пти.

Приведем таблицу экспериментальных значений теплоемкости ряда химических элементов для нормальных температур:


Элемент C_v , кал/(К·моль) Элемент C_v , кал/(К·моль)
C 1,44 Pt 6,11
B 2,44 Au 5,99
Al 5,51 Pb 5,94
Ca 5,60 U 6,47
Ag 6,11 - -


Зависимость теплоёмкости от температуры при низких температурах объясняется в моделях Эйнштейна и Дебая.

Примечания[править | править вики-текст]

Источники[править | править вики-текст]

  • И. В. Савельев, Курс общей физики, том 1.
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика.