Теплоемкость твердых тел
Расчет теплоемкости твердых тел, кроме чисто практического интереса (ведь большинство окружающих нас предметов — твердые тела), замечателен еще тем, что не может быть проведен без привлечения квантовомеханических понятий.
Атомы в твердых телах при любой температуре совершают тепловые колебания относительно положений равновесия. С ростом температуры амплитуда колебаний и их характер меняются, что должно сказываться на величине теплоемкости.
Объяснение загадочного поведения теплоемкости твердых тел входило в знаменитый список нерешенных проблем физики, который XIX в., устами лорда Кельвина, завещал XX в. Построение теории теплоемкости твердых тел (А. Эйнштейн, 1907, П. Дебай, 1912) стало первым серьезным успехом квантовой теории за пределами физики атома, после которого она начала «триумфальное шествие» по всем разделам физики.
Исследуя теплоемкость при изменении температуры, можно понять основные закономерности теплового движения в твердых телах. Полное объяснение поведения теплоемкости невозможно без привлечения квантовомеханических понятий.
Молярной теплоемкостью вещества называется количество энергии, которое необходимо сообщить 1 молю вещества, чтобы повысить его температуру на 1 градус.
Отсюда молярная теплоемкость при постоянном объеме равна
cv = (dE / dT) [V = const].
«При нагревании любого твердого тела на один градус каждый его атом поглощает одно и то же количество энергии».
Это утверждение следует из экспериментального закона Дюлонга-Пти, согласно которому при высоких температурах молярная теплоемкость любого твердого тела постоянна и равна 25 Дж/(моль•К).
