Глава 6
ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

6.1. Теплоемкость твердых тел

Наиболее важными способами поглощения тепловой энергии твердым телом являются:

•               увеличение интенсивности колебаний атомов;

•               увеличение энергии поступательного движения электронов;

•               увеличение вращательной энергии молекул.

Первый механизм присущ всем твердым тела. Этот механизм наиболее важен из всех трех. Другие эффекты могут преобладать только в узких температурных интервалах.

Общая энергия твердого тела, как было показано в предыдущей главе, складывается из двух слагаемых. Одним из них является тепловая энергия, другим − энергия, которой обладают твердые тела при абсолютном нуле температуры. Сумма этих величин является внутренней энергией . Эта величина может быть точно определена из эксперимента. Однако исторически сложилось так, что большее внимание уделялось величине теплоемкости твердого тела.

Теплоемкость тела при постоянном объеме  (V = const) или постоянном давлении  (p = const) определяется как производная от энергии тела по температуре. При изучении твердых тел из эксперимента обычно определяется теплоемкость при постоянном давлении , однако более фундаментальной величиной в физике твердого тела является теплоемкость при постоянном объеме , связанная с соотношением

(6.1)

где a – линейный коэффициент теплового расширения; B – модуль объемной упругости (всестороннего сжатия). Относительная величина разности (6.1) невелика, и при температурах ниже комнатной ею обычно можно пренебречь.

Будем в дальнейшем рассматривать теплоемкость при постоянном объеме , которую можно определить по формуле

,

(6.2)

где S – энтропия кристалла.