unde este temperatura lui Fermi; γ este coeficientul capacității de căldură electronice.
Fig. 2.3. Funcția de distribuție a energiei electronilor
Teoria fizică oferă următoarea expresie pentru calcularea coeficientului de capacitate termică electronică
unde n este numărul de electroni colectivizați per atom.
Pentru metale, θF = (10 4 ... 10 5) о K, deci la temperatura camerei contribuția electronilor la capacitatea de căldură moleculară este nesemnificativă de ordinul 10 -2 R.
2.4. Capacitatea de căldură a metalelor reale
Capacitatea de căldură a metalelor reale diferă de cea teoretică ca urmare a următorilor factori: prezența oscilațiilor anharmonice, a defectelor de cristal și a diferitelor tipuri de dezordine.
unde g ≈ (3 ... 8). 10 -4 J / (mol K 4) este coeficientul de oscilații anarmonice.
Influența oscilațiilor anarmonice este cea mai pronunțată la temperaturi ridicate. În general, creșterea capacității de căldură datorată oscilațiilor anarmonice nu depășește 10%.
Locurile vacante sunt întotdeauna prezente în rețeaua de cristal a unui metal real, în timp ce există o așa-numită concentrație de echilibru a posturilor vacante, la care energia liberă a structurii atinge o valoare minimă. Concentrația de vacanță în echilibru este legată de temperatură de următoarea dependență
unde este factorul de entropie; ΔS este entropia formării posturilor vacante; U este energia formării kavansiei.
Suplimentarea entalpiei în formarea posturilor vacante va fi determinată ca
atunci va fi determinată capacitatea suplimentară de căldură datorată locurilor vacante
În general, cu creșterea temperaturii, capacitatea de căldură a postului vacant crește și preia valori apreciabile în apropierea punctului de topire al metalului. Este posibil să se identifice un grup de metale în care capacitatea de căldură a postului ocupă cea mai mare creștere cu creșterea temperaturii. Acestea includ Mo, W, Ta, Nb și altele.
In metale reale prezente întotdeauna dislocare, a cărei prezență crește entalpia materialului datorită energiei elastice fiind concentrată în jurul defectului liniar al structurii cristaline. Ridicarea prin creșterea entalpiei densității de dislocare poate fi estimată din formula
unde G este modulul de forfecare; b - vectorul Burgers; α este unghiul dintre vectorul Burgers și axa de dislocare; ρ este densitatea de dislocare.
Cu creșterea temperaturii o capacitate suplimentară de căldură datorită dislocațiilor este redusă în legătură cu reducerea densității de dislocare. Având în vedere că dislocații crește densitatea cu deformare plastică și călit, capacitatea termică a structurii și temperat ecruisate comparativ cu recoaptă de mai sus.
2.5. Căldura electronică a metalelor reale
Capacitatea de căldură electronică este dată de
unde n este numărul de electroni colectivizați per atom; - temperatura Fermi (εF - energia Fermi, k - constanta lui Boltzmann).
Numărul de electroni colectivizați și energia Fermi depind de tipul de element chimic. Capacitatea termică electronică este o caracteristică individuală a unui element chimic. Elementele chimice ale unui grup din tabelul periodic au valori apropiate ale capacității de căldură electronice. Cu cât este mai mică valența metalului, cu atât capacitatea de căldură electronică este mai mică. Mijloacele de tranziție au o capacitate mai mare de căldură decât metalele simple (metale alcaline și alcalino-pământoase).
Rezultatele Rezumate
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: