Теории теплоемкости Эйнштейна и Дебая (без вывода). Лекция 22

Содержание

Слайд 2

Лекция 21

μ- пространство. Распределения Максвелла по скоростям
и Больцмана по энергиям.
Колебательные и вращательные

Лекция 21 μ- пространство. Распределения Максвелла по скоростям и Больцмана по энергиям.
суммы по состояниям.

Слайд 3

Энтропия в каноническом ансамбле.
Найдите правильную формулу:

3.

2.

1.

4.

1 балла

Энтропия в каноническом ансамбле. Найдите правильную формулу: 3. 2. 1. 4. 1 балла

Слайд 4

Характеристическая температура, θ. Найдите правильное утверждение.

4. Характеризует расстояние между уровнями энергии, в

Характеристическая температура, θ. Найдите правильное утверждение. 4. Характеризует расстояние между уровнями энергии,
джоулях !

3. Характеризует расстояние между уровнями энергии

1. Характеризует фазовое состояние системы

2. Всегда больше комнатной температуры

5. Самая высокая поступательная температура –
у поступательной энергии.

1 балла

Слайд 5

В системе А-В установилось фазовое равновесие жидкий
раствор-пар и все химические равновесия.

В системе А-В установилось фазовое равновесие жидкий раствор-пар и все химические равновесия.
В паре
обнаружены молекулы А, В, АВ и А2В.
Сколько компонентов в системе?

2 компонента
4 компонента
В паре 4 компонента, а в жидкости - 2 компонента.
4 компонента, если пар идеальный газ
4 компонента, если жидкость – идеальный раствор.

2 балла

Слайд 6

Число компонентов системы – это минимальное
число независимых химических частиц, которое
необходимо для описания

Число компонентов системы – это минимальное число независимых химических частиц, которое необходимо
состава всех фаз системы.
Дополнительные химические равновесия уменьшают
число компонентов. (IUPAC)

Слайд 7

Средняя кинетическая энергия и средняя скорость
молекул в идеальном газе.
Найдите верные

Средняя кинетическая энергия и средняя скорость молекул в идеальном газе. Найдите верные
утверждения!

4.

Средняя энергия растет с увеличением массы

Средняя скорость растет с увеличением массы

Значительная доля молекул имеет энергию выше средней

1.

2.

3.

1 балла

Слайд 8

Для расчета суммы по состояниям Q существуют
формулы (1) и (2)
которой из них

Для расчета суммы по состояниям Q существуют формулы (1) и (2) которой
нужно пользоваться?

3. иногда верна формула (1), а иногда – формула (2)

2. можно воспользоваться формулой (2), но лучше –
формулой (1)

1. нужно воспользоваться формулой (1)

4. формула (2) верна всегда, а формула (1) – только в
особых случаях

1 балла

Слайд 9

Чем мембранное равновесие отличается от фазового?
Найдите верные утверждения!

2 балла

Чем мембранное равновесие отличается от фазового? Найдите верные утверждения! 2 балла

Слайд 11

Сумма по состояниям для колебательного движения

Сумма по состояниям для колебательного движения

Слайд 12

Уровни колебательной энергии

Уровни колебательной энергии

Слайд 13

Колебательная сумма по состояниям 2-х атомной молекулы

Колебательная сумма по состояниям 2-х атомной молекулы

Слайд 14

Колебательная сумма Zкол и термодинамические функции

Колебательная сумма Zкол и термодинамические функции

Слайд 15

R

Колебательная теплоемкость. Одно колебание.

R Колебательная теплоемкость. Одно колебание.

Слайд 16

Статистический расчет теплоемкости кристаллов
(атомных кристаллов).

Статистический расчет теплоемкости кристаллов (атомных кристаллов).

Слайд 18

F- U0 = -kT ln Zкол

U0 = Eпот

F- U0 = -kT ln Zкол U0 = Eпот

Слайд 19

Модель Эйнштейна

Модель Эйнштейна

Слайд 20

сV

T

Модель Эйнштейна

СV ? 0

СV ? 3R

сV T Модель Эйнштейна СV ? 0 СV ? 3R

Слайд 21

Модель Дебая

Модель Дебая

Слайд 22

Модели Дебая и Эйнштейна.

Обе модели позволяют рассчитать теплоемкость кристаллов

Обе модели рассчитывают энергию

Модели Дебая и Эйнштейна. Обе модели позволяют рассчитать теплоемкость кристаллов Обе модели
кристалла E как
колебательную энергию решетки.

Модель Эйнштейна предполагает, что все N атомов в
решетке совершают нормальные колебания (всего 3N
колебаний) с одинаковой частотой, ν . Модель
не дает способа расчета этой частоты.
В модели Дебая кристалл рассматривается как непрерывная
однородная упругая среда. Существует непрерывный
набор частот колебаний (от 0 до νmax). Для частот колебаний
есть функция плотности вероятности. Модель Дебая дает
способ расчета частот колебаний в решетке.

Слайд 23

Модель Дебая

Модель Дебая

Слайд 24

сV

T

«Закон кубов Дебая».

Fe

Al

Cu

W

434

385

330

337

468

406

342

384

сV T «Закон кубов Дебая». Fe Al Cu W 434 385 330

Слайд 25

Поиски новых способов оценки теплоемкости кристаллов

Поиски новых способов оценки теплоемкости кристаллов

Слайд 26

Теплоемкость молекулярных кристаллов

Теплоемкость молекулярных кристаллов

Слайд 27

Вращательная и ядерная суммы по состояниям.

Вращательная и ядерная суммы по состояниям.

Слайд 28

Характеристическая температура

Характеристическая температура

Слайд 29

Суммирование? Интегрирование?

Суммирование? Интегрирование?

Слайд 30

M

m

rm

rM

R

Двухатомная молекула. Момент инерции.

M m rm rM R Двухатомная молекула. Момент инерции.

Слайд 31

Двухатомная молекула. Вращательное движение

Двухатомная молекула. Вращательное движение

Слайд 32

J=0

J=1

J=2

gвр = 1

gвр= 5

gвр = 3

Уровни вращательной энергии

J=0 J=1 J=2 gвр = 1 gвр= 5 gвр = 3 Уровни вращательной энергии

Слайд 33

Вращательная сумма двухатомной молекулы

Вращательная сумма двухатомной молекулы

Слайд 34

Вращательная сумма двухатомной молекулы

Вращательная сумма двухатомной молекулы

Слайд 35

Вращательная сумма двухатомной молекулы.
Вклад в термодинамические функции.

Вращательная сумма двухатомной молекулы. Вклад в термодинамические функции.

Слайд 36

Вращательная сумма для многоатомной молекулы.

Нелинейная молекула:

Линейная молекула:

Вращательная сумма для многоатомной молекулы. Нелинейная молекула: Линейная молекула:

Слайд 37

Вращательная сумма для многоатомной молекулы.
Вклад в термодинамические функции

Нелинейная молекула:

Линейная молекула:

Вращательная сумма для многоатомной молекулы. Вклад в термодинамические функции Нелинейная молекула: Линейная молекула:

Слайд 38

Внутреннее вращение

Внутреннее вращение

Слайд 39

C

H

H

H

C

H

H

H

φ=0

φ = π/3

2π/3

π/3

φ

0

E0

C H H H C H H H φ=0 φ = π/3

Слайд 40

Сумма по состоянию для внутреннего вращения

Число степеней свободы: 3 пост. +3(2) вр.

Сумма по состоянию для внутреннего вращения Число степеней свободы: 3 пост. +3(2)
+вв. +(3N-6(5)-вв.) кол. =3N

Слайд 41

Ядерные и вращательные суммы по состоянию

Ядерные и вращательные суммы по состоянию

Слайд 42

Ядерные суммы по состояниям

Для атома:

Для молекулы:

Для химической реакции:

Ядерные суммы по состояниям Для атома: Для молекулы: Для химической реакции:

Слайд 43

Элемент

gяд

H

Ne

K

Cl

p

n0

1

10

17

0

10

20

23

27

2

1

9

4

Вырожденности основных ядерных уровней атомов

Элемент gяд H Ne K Cl p n0 1 10 17 0

Слайд 44

Вращательная и ядерная суммы
гомоядерной двухатомной молекулы А2

Для молекулы из ядер с

Вращательная и ядерная суммы гомоядерной двухатомной молекулы А2 Для молекулы из ядер с нечетной массой :
нечетной массой :

Слайд 45

Вращательная и ядерная суммы
гомоядерной двухатомной молекулы А2

Для молекулы из ядер с

Вращательная и ядерная суммы гомоядерной двухатомной молекулы А2 Для молекулы из ядер с нечетной массой :
нечетной массой :

Слайд 46

(-)Ψяд

(+) Ψяд

gяд (s)= 3

gяд (as) = 1

Пара- Н2

Орто- Н2

Вр. уровни

Вращательная и ядерная

(-)Ψяд (+) Ψяд gяд (s)= 3 gяд (as) = 1 Пара- Н2
суммы
гомоядерной двухатомной молекулы H2

Слайд 47

Орто- Н2 (Qяд(s), Qвр(as, J=1,3….)

Пара- Н2 Qяд( as), Qвр(s, J=0,2….)

Пара- и орто-водород

Орто- Н2 (Qяд(s), Qвр(as, J=1,3….) Пара- Н2 Qяд( as), Qвр(s, J=0,2….) Пара-
при низких температурах.

Слайд 48

R

cV

T

H2

Орто – Н2 (с)

Пара – Н2 (ас)

Вращательная теплоемкость Н2

300 К

R cV T H2 Орто – Н2 (с) Пара – Н2 (ас)

Слайд 49

Расчет термодинамических функций

Расчет термодинамических функций