38. Жылу мөлшері теориясының негізі.

Дененің температурасы бір Кельвин (1K) өзгерту үшін, оған берілетін немесе одан алынатын жылу мөлшерін–жылусыйымдылық деп атайды. Ол меншікті және мольдік деп екіге бөлінеді.

Жылусыйымдылық. Q=cm(t­θ) формула-ғы с тұрақты шамасының физикалық мағынасын анықтайық. Осы формуладан . Бұл заттың меншікті жылусыйымдылығы д.а. Демек, заттың меншікті жылусыйымдылығы дегеніміз-температурасы 1 К-ге жоғарлату үшін дененің бірлік массасына қанша жылу мөлшері беру керек екенін көрсететін физикалық шама. SI жүйесінде меншікті жылусыйымдылыұтың өлшем бірлігі 1Дж/кг·К. Тұтас дененің жылулық қасиеттерін сипаттау үшін-дененің жылусыйымдылығы ұғымын (С) пайдаланады. Дененің жылусыйымдылығы деп массасы кез келген шамадағы денеге оның температурасы 1 К-ге арттыру үшін қанша жылу мөлшерін беру керегін көрсететін физикалық шама, яғни . SI жүйесінде дененің жылусыйымдылығы Дж/К-мен өлшенеді. Заттың бір молінің жылусыйымдылығын мольдік жылусыйымдылық д.а. Термодинамиканың бірінші заңы әртүрлі изопроцестерге қолданылады. Изохоралық процесс. Газдағы изохоралық процесс кезінде өзгеріссіз қалатын параметр-газдың көлемі екенін білеміз. Сонда осы процеске термодинамиканың бірінші заңын Q= түрінде қолданып және изохоралық процесс кезінде жұмыс атқарылмайтынын ескеріп, мынандай өрнекті аламыз: = . Бір атомдық идеал газ үшін ішкі энергияның өзгерісі болатындықтан, изохоралық процесс кезінде газға берілетін энергия болады. Енді тұрақты көлем кезіндегі газдың меншікті жылусыйымдылығын анықтайық. Анықтама бойынша немесе . Осы формуланы пайдаланып, изохоралық процесс кезінде берілген жылу мөлшері үшін аламыз. Изобаралық процесс. Изобаралық қыздыру кезінде газға берілетін жылу мөлшері оның ішкі энергиясын өзгертуге және газдың жұмыс атқаруына жұмсалады, яғни . Бір атомдық идеал газдың ішкі энергиясының өзгерісін , изобаралық процесс кезіндегі жұмысты және Менделеев-Клапейрон теңдеуін ескере отырып, изобаралық процесс кезіндегі жұмысты былай есептейміз: )= . Сонда формула былай жазылады: . Енді бір атомды идеал газдың меншікті жылусыйымдылығын есептейік: . Осыны ескерсек, изобаралық процесс кезінде берілген жылу мөлшерінің формуласы мына түрге келеді: . Изотермалық процесс. Термодинамиканың бірінші заңын изотермалық процеске қолданайық. Бұл процесте температура өзгермейді, демек, ішкі энергияның өзгерісі Ал газға келтірілетін жылу мөлшері газдың жұмыс атқаруына жұмсалады, яғни Q=A. Осы процес кезіндегі атқарылған жұмыс . Q=A өрнегі бізге изотермалық ұлғаю кезінде газ жұмысты өзіне берген жылу мөлшерінің есебінен атқаратынын көрсетеді, ал изотермалық сығылу кезінде газ теріс жұмыс атқаратынын көрсетеді, ал изотермалық сығылу кезінде газ теріс жұмыс атқарады, яғни одан жылу алынады, Q<0. Формалды түрде изотермалық процесс үшін меншікті жылусыйымдылық ұғымын енгізуге болады. Осы кезде идеал газдың ішкі энергиясы өзгермейді. Демек, оған қанша жылу мөлшерін берсекте, ол қызбайды, яғни газдың осы процестегі жылусыйымдылығы шексіздікке тең. Газдың жұмысы изотермалық процеске тәуелді деуге болады: . Идеал газдың изобаралық және изохоралық процестеріндегі меншікті жылусыйымдылықтарының арасындағы байланысты тағайындайық. Идеал газдың изобаралық және изохоралық процестері кезіндегі меншікті жылусыйымдылықтары өзара қатынасымен байланысқан. Осыдан ( н/е екені шығады, ал тұрақты қысым кезіндегі мольдік жылусыйым-қ, ал тұрақты көлем кезіндегі мольдік жылусыйым-қ деп алып, осы жылусыйымд-р арасындағы қатынасты тағайындаймыз. Идеал газдың изобаралық және изохоралық процестері кезіндегі мольдік жылусыйымды-ы арасындағы байланысты тұңғыш рет Р.Майер тағайындады ол . Бұл формула Майер формуласы д.а.

Дюлонгтің ең басты ғылыми жетістігі 1819 жылы Пти екеуінің бірігіп анықтаған қатты дененің жылу сыйымдылық заңдылығы болып табылады. Осы заңдылыққа сәйкес қатты жай заттардың меншікті жылу сыйымдылығының туындысы түзілетін элементтердің атомдық массаларының сай келіп (жаңа өлшем бойынша орта есеппен 26 Дж·г⁻¹·К⁻¹) тең. Қазіргі уақытта бұл заңдылық Дюлонг – Пти заңдылығы атпен белгілі болып ауыр элементтердің атомдық массаларының мәніне жақын болды. Бөлме температурасында қатты заттардың молярлық жылу сыйымдылығы 3R жақын болады. .R— универсал газ тұрақтысы

Қатты заттың кристалл торлары атомдардан тұрады, оның әрқайсысы үш бағытта гармониялық тербілісте болады, тордың құрылысын береді, бір - бірінен қатысынсыз әртүрлі бағытта тербеледі.

П.Дюлонг және А.Пти (1819 ) ережесі бойынша элементтердің атомдық массаларын анықтау (молярлы массасын анықтау).

Металдардың жылу сыйымдылықтарын зерттеу мақсатында Дюлонг және Пти төмендегідей ереже тұжырымдады:

Қатты күйіндегі жай заттардың меншікті жылу сыйымдылықтарының атомдық массаға (молярлы масса) көбейтіндісі тұрақты 26,0 кДж/ (моль*К) шамасына тең.

Газ молекуласының еркіндік дәрежесі

Газ молекуласының еркіндік дәрежесі деп молекуланың кеңістіктегі орнын анықтайтын тәуелсіз параметрлердің жиынтығын айтамыз. Егер кез-келген дене кеңістікте қозғалатын болса, онда осы қозғалысты тәуелсіз алты қозғалыстың жиынтығы түрінде қарастыруға болады: үш ілгерілемелі қозғалыстың (тікбұрышты координаталар жүйесінің осьтері бойымен), үш айналмалы қозғалыстың (дененің массалар центрі арқылы өтетін өзара перпендикуляр үш осьтің айналасында) жиынтығы.

          Қалыпты жағдайда газ молекулаларының еркіндік дәрежесі:

Жоғары температураларда бұл еркіндік дәрежесіне тербелмелі қозғалыстың бұл еркіндік дәрежесі қосылады.

Бір атомды газ үш бағытта ілгерілемелі қозғала алады. Сондықтан бір атомды газдың еркіндік дәрежесі   -ке тең.

Екі атомды газ  үш бағытта ілгерілемелі және екі бағытта айналмалы қозғала алады (сурет). Сондықтан екі атомды газдың еркіндік дәрежесі    -ке тең болады.

Үш атомды газ  үш бағытта ілгерлемелі және үш бағытта айналмалы қозғала алады Сондықтан үш атомды газдың еркіндік дәрежесі  -ға    тең болады.