Պինդ վիճակում մոլեկուլների շարժման բնույթը. Նավթի և գազի մեծ հանրագիտարան

Էջ 1

Հեղուկների մեջ մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթն ավելի բարդ է, քան պինդ մարմիններում։ Պարզեցված մոդելի համաձայն՝ հեղուկի մոլեկուլների ջերմային շարժումները ներկայացնում են անկանոն տատանումներ որոշակի կենտրոնների շուրջ։ Առանձին մոլեկուլների թրթռումների կինետիկ էներգիան որոշ պահերին կարող է բավարար լինել միջմոլեկուլային կապերը հաղթահարելու համար: Այնուհետև այդ մոլեկուլները հնարավորություն են ստանում ցատկել այլ մոլեկուլների միջավայր՝ դրանով իսկ փոխելով տատանման կենտրոնը։ Այսպիսով, որոշ ժամանակ /, որը կոչվում է նստակյաց կյանքի ժամանակ, յուրաքանչյուր մոլեկուլ գտնվում է կարգավորված համակարգում՝ մի քանի մոտակա մոլեկուլներով: Թռիչք կատարելով՝ հեղուկ մոլեկուլը հայտնվում է նոր մոլեկուլների մեջ՝ այլ կերպ դասավորված։ Հետևաբար, հեղուկում նկատվում է միայն մոլեկուլների դասավորության փոքր հեռավորության կարգը։

Հեղուկի մեջ մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթը զգալիորեն տարբերվում է գազի մոլեկուլների ջերմային շարժումից։ Ջերմային շարժման պատահականության պատճառով հարևան մոլեկուլների տատանումների արագություններն ու ամպլիտուդները տարբեր են, և ժամանակ առ ժամանակ հարևան մոլեկուլներն այնքան են շեղվում միմյանցից, որ առանձին մոլեկուլները ցատկում են d կարգի հեռավորությունից և խրվում նորի մեջ։ հավասարակշռության դիրքերը և սկսում են տատանվել դրանց շուրջ: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ջերմային շարժման միջին էներգիան մեծանում է, և դրա հետ մեկտեղ տատանումների ամպլիտուդը և մոլեկուլների թռիչքների հաճախականությունը հավասարակշռված դիրքից դեպի հարևաններ:

Մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթը կախված է մոլեկուլների փոխազդեցության բնույթից և փոխվում է, երբ նյութն անցնում է այնտեղից։

Ապակու անցումը ամորֆ վիճակում պոլիմերային մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթը փոխելու արագ գործընթաց է, որը տեղի է ունենում նեղ ջերմաստիճանի միջակայքում՝ կախված դեֆորմացիայի արագությունից, որով այն դիտվում է: Առաջանում է առանց պոլիմերի ծավալի փոփոխության և առանց ջերմային ազդեցության, բայց ջերմային ընդարձակման և տեսակարար ջերմության գործակցի փոփոխությամբ։

Այն կայանում է նրանում, որ PD մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթն ավելի մոտ է բյուրեղային ցանցերի և հեղուկ մոլեկուլների ատոմների թրթռումային շարժումներին, քան հազվադեպ գազերում մասնիկների ազատ շարժմանը։

Ընթերցող Բ. Ավելի վաղ դուք նշել եք, որ մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթը կախված է միջմոլեկուլային փոխազդեցությունից և փոխվում է ագրեգացման մի վիճակից մյուսին անցնելու ընթացքում:

Ցրված լույսի շարունակական սպեկտրի նման բաժանումը թելադրված է հեղուկների մեջ մոլեկուլների ջերմային շարժման բուն բնույթով։

Լույսի մոլեկուլային ցրումը շատ արժեքավոր տեղեկատվություն է տալիս ցրման միջավայրում մոլեկուլների ջերմային շարժման կառուցվածքի և բնույթի մասին։ Աշխատանքներն այս ոլորտում ծավալվեցին լայն ճակատով 30-ականներին. նրանք մեծապես նպաստել են և շարունակում են նպաստել նյութի հեղուկ վիճակի խնդրի լուծմանը։ Այստեղ հատկապես մեծ են խորհրդային գիտնականներ Լ. Ի. Մանդելշտամի, Գ. Ս. Լանդսբերգի, Լ. Դ. Լանդաուի, Է. Ֆ. Գրոսսի, Ս. Մ. Ռիտովի և նրանց ուսանողների վաստակը։

Հեղուկ վիճակի տեսությունն իր ներկայիս մակարդակում, մոլեկուլների ջերմային շարժման կառուցվածքի և բնույթի բարդության պատճառով, չի կարող օգտագործվել ջերմաստիճանների և ճնշումների բավականին լայն տիրույթում իրական հեղուկների հատկությունները նկարագրելու համար: Լավագույն դեպքի սցենար վիճակագրական տեսությունթույլ է տալիս հաստատել հեղուկների հավասարակշռության հատկությունների միայն որակական կախվածությունը վիճակի պարամետրերից և ճառագայթային բաշխման ֆունկցիայից:

Այսպիսով, հալման ժամանակ մարմնի ջերմային հզորության փոքր փոփոխությունը կարելի է համարել որպես ապացույց, որ հեղուկներում մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթը նույնն է, ինչ պինդ մարմիններում, մասնավորապես՝ մոլեկուլները տատանվում են հավասարակշռության դիրքի շուրջ։

Նյութի հեղուկ և պինդ վիճակների այս որակական տարբերությունները պայմանավորված են դրանց մոլեկուլային կառուցվածքի և մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթի տարբերությամբ։ Երբ տաքացվում է, պինդ մարմինը որոշակի պայմաններում անցնում է հեղուկ վիճակի` այն հալվում է: Հեղուկը պնդանում է, երբ ջերմաստիճանը նվազում է։

Ինչպես նշում է Սամոիլովը, էլեկտրոլիտային լուծույթներում իոնների լուծույթի հարցի համապարփակ քննարկման համար չի կարելի սահմանափակվել լուծույթի թվերի և լուծույթի էներգիայի որոշմամբ, սակայն անհրաժեշտ է նաև ուսումնասիրել այն փոփոխությունները, որոնք տեղի են ունենում իոնների ներմուծման ժամանակ, այլ ոչ թե. միայն լուծիչի կառուցվածքում, բայց լուծիչի մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթով: Լուծողի վերը նշված բոլոր փոփոխությունները հիմնականում պայմանավորված են մեկ և նույն պատճառով՝ լուծիչի քահանաների և մոլեկուլների փոխազդեցությամբ:

Հեղուկի մեջ մոլեկուլները գտնվում են միմյանցից փոքր հեռավորության վրա և նրանց միջև առկա են միջմոլեկուլային փոխազդեցության զգալի ուժեր։ Հեղուկի մեջ մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթը զգալիորեն տարբերվում է գազի մեջ մոլեկուլների շարժումից։ Հեղուկի մոլեկուլները տատանվում են որոշակի հավասարակշռության դիրքերի շուրջ:

Ջերմային շարժումը մոլեկուլների, ատոմների և իոնների քաոսային շարժումն է գազերում, պինդ մարմիններում և հեղուկներում։ Մոլեկուլների, ատոմների և իոնների ջերմային շարժման բնույթը կախված է նյութի ագրեգատային վիճակից և որոշվում է միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերով։

Սարքեր և աքսեսուարներ՝ հետազոտված մետաղից պատրաստված մետաղալար, չափիչ սարք, էլեկտրական չափիչ գործիքներ։

Գազերի, հեղուկների և պինդ մարմինների մոլեկուլների շարժումը

Ըստ մոլեկուլային կինետիկ տեսության, որի հիմնադիրներից է ռուս մեծ գիտնական Մ.Վ. Լոմոնոսով, Բոլոր նյութերը կազմված են մանր մասնիկներից՝ մոլեկուլներից, որոնք անընդհատ շարժման մեջ են և փոխազդում են միմյանց հետ:

Մոլեկուլը նյութի ամենափոքր մասնիկն է, որն ունի իր սեփականը քիմիական հատկություններ. մոլեկուլները տարբեր նյութերունեն տարբեր ատոմային կազմ:

Գազերի, հեղուկների և պինդ մարմինների մոլեկուլների շարժման բնույթով շատ ընդհանրություններ կան, կան նաև էական տարբերություններ:

Ընդհանուր հատկանիշներմոլեկուլային շարժում.

ա) Միջին արագությունըորքան շատ մոլեկուլներ, այնքան բարձր է նյութի ջերմաստիճանը.

բ) տվյալ նյութի տարբեր մոլեկուլների արագությունները բաշխված են այնպես, որ որոշակի արագությամբ մոլեկուլների թիվն ավելի մեծ լինի, որքան այս արագությունը մոտ է տվյալ նյութի մոլեկուլների շարժման ամենահավանական արագությանը։ տրված ջերմաստիճանը.

Գազերի, հեղուկների և պինդ մարմինների մոլեկուլների շարժման բնույթի էական տարբերությունը բացատրվում է նրանց մոլեկուլների ուժային փոխազդեցության տարբերությամբ՝ կապված մոլեկուլների միջև միջին հեռավորությունների տարբերության հետ։

Գազերում մոլեկուլների միջև միջին հեռավորությունը շատ անգամ ավելի մեծ է, քան հենց մոլեկուլների չափը: Արդյունքում, գազի մոլեկուլների միջև փոխազդեցության ուժերը փոքր են, և մոլեկուլները շարժվում են ամբողջ նավի վրա, որտեղ գազը գտնվում է, գրեթե միմյանցից անկախ, փոխելով արագության ուղղությունն ու մեծությունը այլ մոլեկուլների և պատերի հետ բախումների ժամանակ։ նավի. Գազի մոլեկուլի ուղին կոտրված գիծ է, որը նման է Բրոունյան շարժման հետագծին։

Գազի մոլեկուլների միջին ազատ ուղին, այսինքն. Երկու հաջորդական բախումների միջև մոլեկուլների միջին ճանապարհի երկարությունը կախված է գազի ճնշումից և ջերմաստիճանից: ժամը նորմալ ջերմաստիճանիսկ ճնշումը, ազատ ուղին մոտ 10 -5 սմ է Գազի մոլեկուլները վայրկյանում 1010 անգամ բախվում են միմյանց կամ նավի պատերին՝ փոխելով նրանց շարժման ուղղությունը։ Սա բացատրում է այն փաստը, որ գազերի դիֆուզիայի արագությունը փոքր է գազի մոլեկուլների թարգմանական շարժման արագության համեմատ, որը նորմալ պայմաններում մոտավորապես 1,5 անգամ մեծ է տվյալ գազում ձայնի արագությունից և հավասար է 500 մ/վ։ .

Հեղուկներում մոլեկուլների միջև հեռավորությունները շատ ավելի փոքր են, քան գազերում: Յուրաքանչյուր մոլեկուլի հարևանների հետ փոխազդեցության ուժերը բավականաչափ մեծ են, ինչի արդյունքում հեղուկի մոլեկուլները տատանվում են միջին հավասարակշռության որոշ դիրքերի շուրջ։ Միևնույն ժամանակ, քանի որ հեղուկ մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան համեմատելի է նրանց փոխազդեցության էներգիայի հետ, կինետիկ էներգիայի պատահական ավելցուկով մոլեկուլները հաղթահարում են հարևան մասնիկների փոխազդեցությունը և փոխում տատանման կենտրոնը։ Հեղուկի գործնականորեն տատանվող մասնիկները շատ կարճ ժամանակային ընդմիջումներով (~10 -8 վ) ցատկում են տարածություն:

Այսպիսով, հեղուկը բաղկացած է բազմաթիվ մանրադիտակային շրջաններից, որոնցում կա մոտակա մասնիկների դասավորության որոշակի կարգ, որը փոխվում է ժամանակի և տարածության հետ, այսինքն. չի կրկնվում հեղուկի ամբողջ ծավալում։ Ասում են, որ նման կառույց ունի կարճաժամկետ պատվեր .

Պինդ մարմիններում մոլեկուլների միջև հեռավորությունները նույնիսկ ավելի փոքր են, ինչի արդյունքում յուրաքանչյուր մոլեկուլի փոխազդեցության ուժերը հարևանների հետ այնքան մեծ են, որ մոլեկուլը կատարում է միայն փոքր տատանումներ որոշակի կայուն հավասարակշռության դիրքի շուրջ՝ հանգույց: Բյուրեղային մարմնում առանձնանում է հանգույցների որոշակի որոշակի փոխադարձ դասավորություն, որը կոչվում է բյուրեղյա վանդակ: Բյուրեղային ցանցի բնույթը որոշվում է տվյալ նյութի միջմոլեկուլային փոխազդեցությունների բնույթով։

Վերը նշվածը վերաբերում է իդեալական բյուրեղային պինդին: Իրական բյուրեղներում տեղի են ունենում կարգի տարբեր խախտումներ, որոնք տեղի են ունենում նյութի բյուրեղացման ժամանակ։

Բյուրեղների հետ միասին բնության մեջ կան նաև ամորֆ պինդ մարմիններ, որոնցում հեղուկների նման ատոմները թրթռում են պատահականորեն տեղակայված հանգույցների շուրջ։ Այնուամենայնիվ, ամորֆ մարմնի մասնիկների շարժումը տատանումների մի կենտրոնից մյուսը տեղի է ունենում ժամանակի այնպիսի երկար ընդմիջումներով, որ գործնականում ամորֆ մարմինները պինդ մարմիններ են։

Ջերմային ջերմահաղորդություն

Ջերմային հաղորդունակությունը ջերմության փոխանցումն է, որը տեղի է ունենում ջերմաստիճանի գրադիենտի առկայության դեպքում և պայմանավորված է մասնիկների ջերմային շարժումով։ Նկար 1ա-ում պատկերված է ուղիղ մարմին

ածխաձև 1 և 2 հիմքերով, որոնք գտնվում են առանցքի վրա նորմալ x.Թող մարմնի ջերմաստիճանը լինի մեկ կոորդինատի ֆունկցիա T = T(x), որտեղ dT/dx < 0 (температура убывает в положительном направлении оси X) Այնուհետև մարմնի ցանկացած հատվածով, որը նորմալ է ընտրված առանցքին, ջերմություն է փոխանցվում, որը նկարագրված է Ֆուրիեի օրենքով (1820 թ.)

որտեղ ∆ Ք- խաչաձեւ հատվածով տարածքով փոխանցվող ջերմության քանակը Սժամանակին Δ տ, c- ջերմահաղորդականության գործակից՝ կախված նյութի հատկություններից։ Մինուս նշանը (1) ցույց է տալիս, որ ջերմության փոխանցումը ուղղված է ջերմաստիճանի նվազմանը (ջերմաստիճանի գրադիենտին հակառակ dT/dx) Եթե ​​մարմինը միատարր է, և գործընթացը կայուն է, ապա ջերմաստիճանը նվազում է առանցքի երկայնքով Xգծային: dT/dx=const(նկ. 1բ):

Արտահայտությունը (1) թույլ է տալիս գտնել խտությունը ջերմային հոսք(ջերմության հոսքը միավորի տարածքով մեկ միավոր ժամանակում).

Վերջինից բխում է, որ

Ջերմային հաղորդունակության գործակիցը թվայինորեն հավասար է միավորի մակերեսի միջով փոխանցվող ջերմության քանակին մեկ միավոր ժամանակում մեկ միավոր ջերմաստիճանի գրադիենտում: .

Գազերի և հեղուկների ջերմային հաղորդունակությունը որոշելիս անհրաժեշտ է զգույշ բացառել ջերմության փոխանցման այլ տեսակներ՝ կոնվեկցիա (միջավայրի ավելի տաք մասերը վերև տեղափոխելը և ավելի սառը իջեցնելը) և ջերմության փոխանցումը ճառագայթման միջոցով (ճառագայթային ջերմության փոխանցում):

Նյութի ջերմահաղորդականությունը կախված է նրա վիճակից։ Աղյուսակ I-ում ներկայացված են որոշ նյութերի ջերմային հաղորդունակության արժեքները:

Աղյուսակ I

Հեղուկների համար (եթե բացառենք հեղուկ մետաղները), ջերմային հաղորդունակության գործակիցը միջինում ավելի փոքր է, քան պինդ մարմինները և ավելի մեծ, քան գազերը։ Գազերի և մետաղների ջերմահաղորդականությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, իսկ հեղուկները, որպես կանոն, նվազում են։

Գազերի համար մոլեկուլային կինետիկ տեսությունը թույլ է տալիս հաստատել, որ ջերմային հաղորդունակության գործակիցը հավասար է.

որտեղ է մոլեկուլների միջին ազատ ուղին,

Նրանց շարժման միջին արագությունը, r - խտությունը, CVիզոխորային հատուկ ջերմային հզորությունն է:

Գազերի, հեղուկների և պինդ մարմինների ջերմահաղորդականության մեխանիզմը

Գազի մոլեկուլների ջերմային շարժման պատահականությունը, նրանց միջև շարունակական բախումները հանգեցնում են մասնիկների մշտական ​​խառնման և դրանց արագությունների և էներգիաների փոփոխության։ AT գազ Ջերմային հաղորդունակությունը տեղի է ունենում, երբ դրա մեջ ջերմաստիճանի տարբերություն կա՝ պայմանավորված որոշ արտաքին պատճառներով: Գազի մոլեկուլները նրա ծավալի տարբեր վայրերում ունեն տարբեր միջին կինետիկ էներգիա։ Հետևաբար, մոլեկուլների քաոսային ջերմային շարժման ժամանակ, ուղղորդված էներգիայի փոխանցում . Գազի տաքացած մասերից ավելի սառը մասերի մեջ ընկած մոլեկուլները իրենց էներգիայի ավելցուկ են հաղորդում շրջակա մասնիկներին։ Ընդհակառակը, դանդաղ շարժվող մոլեկուլները, ցուրտ մասերից հասնելով ավելի տաք մասերի, մեծացնում են իրենց էներգիան բարձր արագությամբ մոլեկուլների հետ բախումների պատճառով։

Ջերմային ջերմահաղորդություն հեղուկների մեջ ինչպես գազերում, առաջանում է ջերմաստիճանի գրադիենտի առկայության դեպքում: Այնուամենայնիվ, եթե գազերում էներգիան փոխանցվում է փոխադրական շարժում կատարող մասնիկների բախման ժամանակ, ապա հեղուկներում էներգիան փոխանցվում է տատանվող մասնիկների բախման ժամանակ։ Ավելի մեծ էներգիա ունեցող մասնիկները տատանվում են ավելի մեծ ամպլիտուդով և մյուս մասնիկների հետ բախվելիս թափահարում են դրանք, ասես, էներգիա փոխանցելով նրանց։ Էներգիայի փոխանցման նման մեխանիզմը, ինչպես գազերում գործող մեխանիզմը, չի ապահովում դրա արագ փոխանցումը և, հետևաբար, հեղուկների ջերմահաղորդականությունը շատ ցածր է, թեև այն մի քանի անգամ գերազանցում է գազերի ջերմային հաղորդունակությունը։ Բացառություն են կազմում հեղուկ մետաղները, որոնց ջերմահաղորդականության գործակիցները մոտ են պինդ մետաղների գործակիցներին։ Սա բացատրվում է նրանով, որ հեղուկ մետաղներում ջերմությունը փոխանցվում է ոչ միայն թրթռումների մի մասնիկից մյուսին փոխանցելով, այլ նաև շարժական էլեկտրական լիցքավորված մասնիկների՝ էլեկտրոնների օգնությամբ, որոնք առկա են մետաղներում, բայց բացակայում են այլ հեղուկներում:

Եթե ​​ներս ամուր մարմին նրա տարբեր մասերի միջև կա ջերմաստիճանի տարբերություն, այնուհետև, ինչպես դա տեղի է ունենում գազերի և հեղուկների մեջ, ջերմությունը փոխանցվում է ավելի տաքացած մասից ավելի քիչ ջեռուցվող մասի:

Ի տարբերություն հեղուկների և գազերի, կոնվեկցիան չի կարող առաջանալ պինդ մարմնում, այսինքն. նյութի զանգվածի շարժումը ջերմությամբ. Ուստի ջերմության փոխանցումը պինդ նյութում իրականացվում է միայն ջերմային հաղորդման միջոցով:

Պինդում ջերմության փոխանցման մեխանիզմը բխում է նրանում ջերմային շարժումների բնույթից։ Պինդ մարմինը ատոմների հավաքածու է, որը թրթռում է: Բայց այս տատանումները

միմյանցից անկախ.Թրթռումները կարող են փոխանցվել (ձայնի արագությամբ) մի ատոմից մյուսը։ Այս դեպքում առաջանում է ալիք, որը փոխանցում է թրթռումների էներգիան։ Տատանումների նման տարածումը ջերմության փոխանցումն է։

Քանակականորեն ջերմության փոխանցումը պինդ մարմնում նկարագրվում է արտահայտությամբ (1): Ջերմահաղորդականության c գործակցի արժեքը չի կարող հաշվարկվել այնպես, ինչպես դա արվում է գազի համար՝ ավելի պարզ համակարգի, որը բաղկացած է չփոխազդող մասնիկներից:

Կոշտ մարմնի ջերմային հաղորդունակության մոտավոր հաշվարկը կարող է իրականացվել քվանտային պատկերների միջոցով:

Քվանտային տեսությունթույլ է տալիս համեմատել ձայնի արագությամբ պինդ մարմնում տարածվող որոշ քվազիմասնիկներ թրթռումներով. ֆոնոններ. Յուրաքանչյուր մասնիկ բնութագրվում է էներգիայով, որը հավասար է Պլանկի հաստատունին, որը բազմապատկվում է տատանումների n հաճախականությամբ։ Թրթռումների քվանտի՝ ֆոնոնի էներգիան, հետևաբար, հավասար է հ n.

Եթե ​​օգտագործենք ֆոնոններ հասկացությունը, ապա կարող ենք ասել, որ պինդ մարմնում ջերմային շարժումներն առաջանում են հենց դրանց պատճառով, այնպես որ բացարձակ զրոյի դեպքում ֆոնոններ չկան, և ջերմաստիճանի բարձրացման հետ նրանց թիվը մեծանում է, բայց ոչ գծային, այլ՝ ավելի բարդ օրենք (ցածր ջերմաստիճաններում, համամասնական ջերմաստիճանի խորանարդ):

Այժմ մենք կարող ենք պինդ մարմինը դիտարկել որպես ֆոնոնների գազ պարունակող անոթ, գազ, որը շատ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում կարելի է համարել իդեալական գազ։ Ինչպես սովորական գազի դեպքում, ջերմության փոխանցումը ֆոնոնային գազում իրականացվում է ֆոնոնների բախումներով ցանցի ատոմների հետ, և բոլոր պատճառաբանությունները իդեալական գազայստեղ նույնպես ճիշտ են: Հետևաբար, պինդ մարմնի ջերմային հաղորդունակությունը կարող է արտահայտվել ճիշտ նույն բանաձևով

որտեղ r-ը մարմնի խտությունն է, CVնրա հատուկ ջերմային հզորությունն է, Հետձայնի արագությունն է մարմնում, l-ը ֆոնոնների միջին ազատ ուղին է։

Մետաղներում, բացի ցանցային թրթռումներից, ջերմափոխանակությանը մասնակցում են նաև լիցքավորված մասնիկներ՝ էլեկտրոններ, որոնք միաժամանակ մետաղի մեջ էլեկտրական հոսանքի կրողներ են։ Բարձր ջերմաստիճաններում էլեկտրոնային ջերմային հաղորդունակության մի մասը շատ ավելի մեծ է վանդակավոր . Սա բացատրում է մետաղների բարձր ջերմահաղորդականությունը ոչ մետաղների համեմատությամբ, որոնցում ֆոնոնները միակ ջերմային կրիչն են։ Մետաղների ջերմային հաղորդունակության գործակիցը կարելի է հաշվարկել բանաձևով.

որտեղ է էլեկտրոնների միջին ազատ ուղին, նրանց ջերմային շարժման միջին արագությունն է:

Գերհաղորդիչների մեջ, որտեղ էլեկտրական հոսանքը չի հանդիպում դիմադրության, գործնականում չկա էլեկտրոնային ջերմահաղորդություն. էլեկտրոնները, որոնք լիցք են կրում առանց դիմադրության, չեն մասնակցում ջերմության փոխանցմանը, իսկ գերհաղորդիչների ջերմային հաղորդունակությունը զուտ ցանցային է։

Վիդեման-Ֆրանց օրենքը

Մետաղներն ունեն ինչպես բարձր էլեկտրական հաղորդունակություն, այնպես էլ բարձր ջերմային հաղորդունակություն։ Դա բացատրվում է նրանով, որ մետաղներում հոսանքի և ջերմության կրողները նույն մասնիկներն են՝ ազատ էլեկտրոնները, որոնք մետաղի մեջ խառնվելիս կրում են ոչ միայն էլեկտրական լիցք, այլև քաոսային (ջերմային) շարժման էներգիա, որը բնորոշ է դրան։ դրանք, այսինքն. իրականացնել ջերմության փոխանցում.

1853 թվականին Վիդեմանը և Ֆրանցը փորձնականորեն հաստատեցին օրենք, համաձայն որի ջերմային հաղորդունակության հարաբերակցությունըգ դեպի էլեկտրական հաղորդունակությունս Միևնույն ջերմաստիճանում գտնվող մետաղների համար նույնն է և աճում է թերմոդինամիկական ջերմաստիճանի համամասնությամբ.

որտեղ կև եհաստատուններ են (Բոլցմանի հաստատուն և էլեկտրոնային լիցք)։

Էլեկտրոնները դիտարկելով որպես միատոմ գազ՝ ջերմային հաղորդունակության գործակցի համար կարելի է օգտագործել գազերի կինետիկ տեսության արտահայտությունը.

որտեղ n×m= r-ը գազի խտությունն է:

Հատուկ ջերմությունմիատոմ գազը հավասար է. Փոխարինելով այս արժեքը χ արտահայտության մեջ՝ մենք ստանում ենք

Մետաղների դասական տեսության համաձայն՝ դրանց էլեկտրական հաղորդունակությունը

Հետո հարաբերությունը

Փոխարինելուց հետո մենք հասնում ենք հարաբերությանը (5), որն արտահայտում է Վիդեման-Ֆրանց օրենքը .

Արժեքների փոխարինում կ= 1,38 10 -23 Ջ/Կ և ե= 1.60 10 -19 C բանաձեւով (5), մենք գտնում ենք

Եթե, օգտագործելով այս բանաձևը, հաշվարկեք արժեքը բոլոր մետաղների համար Տ\u003d 300 K, ապա մենք ստանում ենք 6,7 10 -6 J Ω / վրկ Կ: Վիդեման-Ֆրանց օրենքը մետաղների մեծ մասի համար համապատասխանում է 100–400 Կ ջերմաստիճանի փորձին, սակայն ցածր ջերմաստիճանի դեպքում օրենքը զգալիորեն խախտվում է։ Ցածր ջերմաստիճաններում հաշվարկված և փորձարարական տվյալների միջև անհամապատասխանությունները հատկապես մեծ են արծաթի, պղնձի և ոսկու համար: Կան մետաղներ (բերիլիում, մանգան), որոնք ընդհանրապես չեն ենթարկվում Վիդեման-Ֆրանց օրենքին։