18

Температурная

зависимость

теплоемкости

твердого

тела показана на

рисунке 6.3.

Теплопроводность в неметаллическихc/cD

кристаллах

осуществляется за счет колебаний

частиц в узлах кристаллической решетки. 1,0

Увеличение температуры в какой-либо части

тела, т.е. подвод к ней энергии в форме

теплоты,

влечет

за

собой

увеличение

амплитуды

колебания

находящихся

здесь

1,0 T/

0,5

частиц. Поскольку

узлы

кристаллической

Рисунок 6.3

решетки

взаимосвязаны,

при

изменении

амплитуды колебаний одних из них будет изменяться амплитуда и соседних частиц. Процесс передачи энергии тепловых

колебаний будет распространяться со скоростью			звука от	одних узлов
другим. Как и в газах, плотность теплового потока определится законом Фурье
(5.2). Для	большинства	кристаллических	диэлектриков	коэффицие
теплопроводности l обратно		пропорционален температуреl =a T , где а –

постоянная для данного вещества величина.

Вметаллах в переносе энергии участвуют также свободные(валентные) электроны. При достаточно высоких температурах решеточная теплопроводность составляет 1 ¸ 2% от электронной. Этим объясняется высокая теплопроводность металлов по сравнению с диэлектриками.

6.2Жидкости

Вжидкостях Пmin соизмерим с энергией теплового движения молекул

Пmin

» k T .

(6.4)

Вследствие этой особенности свойства жидкостей отличаются от свойств газов и твердых тел.

Жидкости, с одной стороны, из-за более сильного по сравнению с газами взаимодействия между молекулами, почти не меняют своего объёма и поэтому напоминают твердое тело. С другой стороны, благодаря условию (6.4), каждая из молекул жидкости в процессе теплового движения время от времени меняет место равновесия, скачком перемещаясь в новое место. Этим объясняется текучесть жидкости, а также так называемыйближний порядок в расположении частиц жидкости. Под ближним порядком понимается упорядоченное относительное расположение соседних частиц жидкости только внутри ее малых объёмов.

7 ФАЗЫ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ
Вещество может	находиться	в твердом, жидком	и	газообразном
состоянии (фазах). Фаза	представляет	собой физически	однородную		часть
вещества: это значит, что	физические	свойства в пределах		данной	фазы

19

одинаковы. Если 2 и 3 граничащие друг с другом фазы не изменяются за счет масс соседних фаз, то такая система находится фазовом равновесии. Переход вещества из одной фазы в другую называетсяфазовым переходом. Фазовые переходы I рода связаны с выделением или поглощением некоторого количества тепла, называемого теплотой перехода. Испарение жидкости, конденсация пара, сублимация, т.е. переход твердого вещества в газообразное состояние, плавление твердого тела, переход газа или жидкости в твердое состояние – все эти процессы являются фазовыми переходами I рода.

При фазовом переходе II рода теплота не поглощается и не выделяется, скачкообразно изменяются такие характеристики, как теплоемкость, коэффициент теплового расширения, удельная электрическая проводимость, вязкость и др.

Примерами фазовых переходовII рода могут служить: переход некоторых

проводников

при

низких

температурах в

сверхпроводящее

состояние:

переход

магнитного вещества

из ферромагнитного состояния в парамагнитное при нагреве

до определённой температуры, называемой точкой Кюри и др.

Равновесие

двух

соприкасающихся фаз

p

может осуществляться в определенном интервале

жидк. K

температур.

Каждой

температуре

однозначно

соответствует

давление,

при

котором

фазы твердое

находятся

в

равновесии. Таким

образом,

тело

равновесные состояния двухфазной системы на

T

диаграмме

р, Т

образуют

кривую p =ƒ(T).

Кривые,

описывающие

состояния

равновесия

T

между

разными

фазами

вещества, называются

Рисунок 7.1 – Кривые

кривыми

фазового

равновесия(рисунок

7.1).

фазового равновесия:

Твердая, жидкая и газообразная фазы вещества

К – критическая точка;

могут

находиться

в

равновесии

только

при

единственных

значениях

температуры

T – тройная точка

и

давления,

которые

определяются на

диаграмме

состояния

точкой

пересечения

кривых плавления, испарения и сублимации. Эта точка называется тройной точкой (Т).

Формула, определяющая наклон кривой разового равновесия, называется формулой Клапейрона - Клаузиуса:

d T = T (V2 -V1 ),

d p	Q12
где Т – температура фазового перехода из фазы1 в		фазу 2; Q12 – удельная
теплота перехода; V1 и V2 – удельные объёмы вещества в соответствующих
фазах.
Если к веществу подводить теплоту, то согласно первому началу
термодинамики, она пойдет на	увеличение	внутренней энергии и

совершение работы против внешних сил. Поскольку в твердых телах объем меняется незначительно, то основная часть подводимой теплоты пойдет на увеличение внутренний анергии. По мере ростаэнергии частиц возрастает

20

амплитуда их колебаний относительно положения равновесия, увеличивается межузловое расстояние (тело расширяется). При нагреве твердого тела до некоторой предельной температуры энергия частиц возрастет настолько, что станет соизмеримой со значением Пmin – кристаллическая решетка начнет

разрушаться.

Если при разрушении решетки нарушается дальний порядок(см. раздел 6.1), но сохраняются связи, обеспечивающие ближний порядок (см. раздел 6.2), происходит плавление. Если же связь между частицами нарушается полностью, происходит сублимация.

При охлаждении жидкостей до некоторой температуры, называемой температурой кристаллизации, начинается переход вещества из жидкого в твердое кристаллическое состояние. Кристаллизация связана с выделением теплоты, равной теплоте плавления. Температура кристаллизации Ткр совпадает с температурой плавления Тпл.