İstilik tutumu

Vikipediya, açıq ensiklopediya
Jump to navigation Jump to search
İstilik tutumu
Ölçüsü L2MT −2Θ−1
Ölçü vahidi
BS C/K
SQS erq/K

Istilik tutumu (adətən latın hərfi C ilə işarə edilir) ölçülə bilən fiziki kəmiyyət olub, cismin 1 dərəcə (1°С və ya 1 К) qızması zamanı aldığı istilik miqdarıdır. Daha dəqiq tərifə görə cisimin istilik tutumu termodinamik kəmiyyət olub onun temperaturunun δT sonsuz kiçik artımı zamanı aldığı δQ istilik miqdarının bu temperatur artımına nisbətidir:

.

İstilik tutumunun Beynəlxalq vahidlər sistemində (BS) ölçü vahidi kimidir . Ümumi halda verilmiş cisimin istilik tutumu bu cisimin halının termodinamik parametrlərindən (xüsusilə temperatur və həcmdən) və qızma (soyuma) prosesindən asılıdır.Adətən, sabit həcmdə gedən proseslərdə istilik tutumu () və sabit təzyiqdə gedən proseslərdə istilik tutumu () kimi kəmiyyətləri fərqləndiriirlər.

Termodinamikanın I qanununa görə sistemə verilən istilik miqdarı daxili enerjinin artımı ilə sistemin xarici qüvvələrə qarşı gördüyü işinin cəminə bərabərdir:

=+

Sonsuz kiçik işini sistemin təzyiqi ilə həcmin sonsuz kiçik dəyişməsinin hasili şəkilində yazmaq olar: =. İzoxor, yəni sabit həcmdə gedən proseslərdə görülən iş olur, buna görə də sabit həcmdə istilik tutumunu aşağıdakı ifadə ilə göstərmək olar:

İzobar, yəni sabit təzyiqdə gedən proseslərdə həm enerjinin dəyişməsi, həm də görülən iş sıfırdan fərqli olur, buna görə də sabit təzyiqdə istilik tutumu üçün düstur aşağıdakı kimi olar:

Göründüyü kimi sabit təzyiqdə qızma zamanı istiliyin bir hissəsi daxili enerjinin dəyişməsinə, digər hissəsi isə həcmin dəyişməsi nəticəsində görülən işə sərf olunur. Sabit həcmdə qızma zamanı isə bütün istilik daxili enerjinin dəyişməsinə gedir. Bununla əlaqədar olaraq həmişə -dən böyük olur

Xüsusi və molyar istilik tutumları[redaktə | əsas redaktə]

Aydındır ki, cisimin kütləsi nə qədər böyükdürsə, onu qızdırmaq üçün lazım olan istilik miqdarı da çox olmalıdır, yəni cisimin istilik tutumu onun miqdarı ilə düz mütənasibdir. Buna görə də xüsusi istilik tutumu anlayışından istifadə olunur. Cisimin istilik tutumunun onun kütləsinə nisbəti xüsusi istilik tutumu adlanır və kimi işarə edilir:

.

Burada cisimin istilik tutumu, isə onun kütləsidir. xüsusi istilik tutumunun vahidi kimidir . Maddə miqdarı 1 olan maddənin istilik tutumu molyar istilik tutumu adlanır və kimi işarə edilir:

.

Burada maddə miqdarıdır və düsturu ilə tapılır. isə maddənin molyar kütləsidir. Molyar və xüsusi istilik tutumları arasında əlaqə aşağıdakı kimidir:

.

molyar istilik tutumunun vahidi kimidir .

Müxtəlif proseslər və maddənin müxtəlif halları üçün istilik tutumu[redaktə | əsas redaktə]

İstilik tutumu anlayışı həm maddənin müxtəlif aqreqat (qaz, maye və bərk cisim) halları üçün, həm də zərrəciklər ansamblı və kvazizərrəciklər (metallar fizikasında, məsələn, elektron qazı) üçün təyin olunmuşdur.

Ideal qazın istilik tutumu[redaktə | əsas redaktə]

Qarşılıqlı təsirdə olmayan zərrəciklər sistemindən ibarət olan ideal qazın istilik tutumu zərrəciklərin sərbəstlik dərəcələrinin sayı ilə təyin olunur. İstilik tutumunun hesablanması ayrı-ayrı molekulun istilik hərəkətinin orta enerjisinin hesablamasına gətrilir. Molekulun istilik hərəkətinin enerjisi molekulun bütövlükdə irəliləmə və fırlanma hərəkəti və molekulun daxilindəki atomların rəqsi hərəkətlərinin enerjilərinin cəmindən ibarətdir. Hər bir sərbəstlik dərəcəsinə düşən orta enerji düsturu ilə tapılır. Fəzada sərbəstlik dərəcələrinin sayı 3-dür və 1 mol maddədəki molekulların sayının qiymətinə bərabər olduğunu nəzərə alsaaq, onda bir atomlu ideal qazın sabit həcmdə molyar istilik tutumu aşağıdakı kimi olacaqdır:


Maddə miqdarı 1 olan bir atomlu ideal qazın sabit təzyiqdə istilik tutumunu tapmaq üçün onun hal tənliyindən istifadə edəcəyik. Bu halda bir atomlu ideal qazın sabit təzyiqdə istilik tutumunun düsturu

olar. Buradan da ifadəsi alınır. Harada ki,

bir atomlu ideal qazın sabit həcmdə molyar istilik tutumu,

bir atomlu ideal qazın sabit təzyiqdə molyar istilik tutumu,

maddə miqdarı olan bir atomlu ideal qazın verilmiş temperaturda daxili enerjisi

Avoqadro sabiti

Bolsman sabiti

universal (molyar) qaz sabitidir

Mayelərin istilik tutumu[redaktə | əsas redaktə]

İdeal qazın istilik tutumu üçün alınmış sadə qanunauyğunluqlar mayelər üçün doğru deyil, çünki onların daxili enerjisi təkcə zərrəciklərin istilik hərəkətinin kinetik enerjisi ilə deyil, həm də zərrəciklərin qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisilə təyin olunur. Mayelərin istilik tutumunun ümumi nəzəriyyəsi hələ əldə edilməmişdir və tədqiqatın fəal sahəsi kimi qalır. Təcrübə göstərir ki, mayelərin istilik tutumu temperaturdan asılıdır, həm də bu asılılığın forması müxtəlif mayelər üçün fərqlənir. Bəzi mayelərin (onlar əksəriyyət təşkil edir) istilik tutumu temperatur yüksəldikcə artır, digərlərinki isə, əksinə, azalır. Bəzi mayelərin istilik tutumu temperatur yüksəldikcə əvvəlcə azalır, sonra isə minimumu keçərək artmağa başlayır. İstilik tutumunun belə gedişi suda özünü gğstərir. Qazlarda olduğu kimi, mayelərdə də sabit təzyiqdə və sabit həcmdə istilik tutumlarını fərqləndirmək lazımdır. Qeyd edək ki, mayelər üçün fərqi qazlara nisbətən kiçikdir. Beləliklə, mayelərin istilik tutumunu ideal qazdakı kimi sadə düsturlarla ifadə etmək mümkün deyil. Mayelərin molyar istilik tutumunun ədədi qiymətləri ən müxtəlif ola bilər.


Kristalların istilik tutumu[redaktə | əsas redaktə]

Debay və Eynşteyn modelləri əsasında nisbi molyar istilik tutumunun temperaturdan asılılığının müqayisəsi. Burada kəmiyyəti uyğun olaraq Debay və ya Eynşteyn temperaturlarıdır. Üfüqi ştrixlənmiş xətt Dülonq-Petit qanuna uyğun klassik hüdud qiymətini göstərir.

Kristal cisimlərdə atomların istilik hərəkəti müəyyən tarazlıq vəziyyəti (kristal qəfəsin düyünləri) ətrafında kiçik rəqslərindən ibarətdir.Hər bir atomun rəqsləri üç sərbəstlik dərəcəsinə malikdir və enerjinin bərabər paylanma qanununa uyğun olaraq hər bir rəqsin sərbəstlik dərəcəsinə enerjisi düşür. Bu halda maddə miqdarı olan kristal cisimin sabit həcmdə istilik tutumu qiymətinə bərabər olmalıdır , burada molekuldakı atomların sayıdır. Həqiqətdə bu qiymət yüksək temperaturlarda kristal cisimlərin istilik tutumunun yaxınlaşdığı hüdud qiymətidir. Adi temperaturlarda əksər kimyəvi elementlərin kristallarında, məsələn, metallarda sabit həcmdə molyar istilik tutumu qiymətini alır (Dülonq və Petit qanunu). Dülonq və Petit qanunu otaq temperaturlarında bir çox sadə kristallar üçün qənaətbəxş ödənilir.

Temperatur aşağı düşdükcə istilik tutumu Dülonq və Petit qanunun verdiyi qiymətdən xeyli kiçik olan qiymət alır. Aşağı temperaturlarda bərk cisimlərin istilik tutumunun Dülonq və Petit qanunundan kənara çıxmasını ilk dəfə bərk cisimlərin Eynşteyn modeli izah edir. Eynşteyn modelinə görə atomdan ibarət kristalik qəfəsin istilik xassələrini eyni tezliyə malik sayda bir-birində asılı olmayan birölçülü harmonik kvant ossillyatorlarından ibarət sistemin xassələri kimi şərh etmək olar.Eynşteyn modeli temperatur aşağı düşdükcə istilik tutumunun kiçilməsini qabaqcadan xəbər verir ki, bu da eksperimentlə kefiyyətcə uyğun gəlir. Lakin aşağı temperaturlarda Eynşteyn modelinə görə istilik tutumunun eksponensial asılılığı əksər bərk cisimlər üçün eksperimentlə təsdiq edilmir. Bu da bütün ossillyatorların tezliyinin bərabər olması haqqında son dərəcə sadələşdirilmiş təsəvvürlə əlaqədardır. Bu fərziyə bərk cisimlərin Debay nəzəriyyəsi əsasında aradan ğötürülür.

Təcrübə göstərir ki, Debayın istilik tutumu nəzəriyyəsinə uyğun olaraq aşağı temperaturlarda bərk cisimlərin istilik tutumunun qəfəs hissəsi temperaturun üçüncü dərəcəsi ilə mütənasib olur . Verilmiş hər bir maddə üçün Debay temperaturu adlanan elə xarakterik temperatur var ki, bu kəmiyyət yüxarı və aşağı temperaturları fərqləndirməyə imkan verir. Debay temperaturu cisimdəki atomların rəqslərinin spektri ilə müəyyən olunur və bununla da xeyli dərəcədə cisimin kristalik strukturundan asılıdır. Adətən kəmiyyəti bir neçə ətrafında olur, lakin onun qiyməti -dən böyük də ola bilər (məsələn, almaz üçün).

Metallarda keçirici elektronlar da istilik tutumuna müəyyən əlavə verir (Elektron istilik tutumu). Metalın elektron istilik tutumu temperaturla mütənasibdir . Ancaq elektron istilik tutumu nisbətən kiçik qiymətə malikdir, onun metalın istilik tutumuna əlavəsi yalnız mütləq sıfır yaxınlığındakı temperaturlarda (bir neçə tərtibində) əhəmiyyətli olur. Bu zaman qəfəs istilik tutumunun çox kiçik olduğu nəzərə alınır.

Atomların spin maqnit momentlərinin nizamlı düzlüşünə malik kristal cisimlərdə (ferro- və antiferromaqnetiklərdə) istilik tutumunun əlavə olaraq maqnit hissəsi mövcud olur. Paramaqnit hala keçid temperaturunda istilik tutumunun maqnit hissəsi anomaliyaya məruz qalır ki, bu da II növ faza keçidinin xarakterik xüsusiyyətidir.

Ədəbiyyat[redaktə | əsas redaktə]

1. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Статистическая физика, 3 изд., ч. 1, М., 1976

2.http://femto.com.ua/index1.htm

3.Ашкрофт Н., Мермин Н., Физика твёрдого тела, пер. с англ., т. 2, М., 1979.

4. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т., Свойства газов и жидкостей, пер. с англ., 3 изд., Л.

5.http://www.xumuk.ru/encyklopedia/