Теплоемкость с точки зрения « Теории двух состоянии фотона».

Теплоемкость с точки зрения « Теории двух состоянии фотона».
По теории
двух состоянии фотона (ТДСФ) элементарные частицы
не могут поглощать
электромагнитное излучение. Поглощение это переход энергии фотона из состояния излучения в
состояние прироста кинетической энергии атому, молекулы и в конечном этапе к телу. Этот
переход может осуществляться только с помощью атомов. Бор приписывает излучению как отбор
энергии от электрона, по новой теории изменение поступательного движения атомов происходит
поглощением излучения атомами. А при столкновении атомов происходит
состояние
излучения. Поглощение электромагнитного излучения
переход фотона в
приводит к приращению
скорости движения атомов в направлении излучения.
Общее между теорией Бора и двух состоянии является то, что меняется общая энергия атома. Но
при поглощении у Бора меняется энергия электрона, а ТДСФ
кинетическая энергия
поступательного движения атома и энергия излучения. И это не ново молекулярно-кинетическая
теория газа предусматривала изменение кинетической энергии газа при поглощении энергии
излучения.
Новым является то, что не только меняется кинетическая энергия атомов, но и количества
фотонов в состоянии излучения в
межатомном и межмолекулярном
пространстве. Общее
количества фотонов, находящих в объеме двух состояниях, определяет внутреннюю энергию
вещества (газа). По этой теории все вещества расположены в вакууме. Поступательным
движением объясняется возникновение импульса у атома. Поэтому, сам фотон не обладает
импульсом, он возникает из-за перехода из состояния излучения в состояния направленного
движения атома. Обратный переход происходит при столкновении атомов, причем каждый атом
высекает свою группу фотонов. Теория ТДСФ не позволяет одинокому атому излучать. Однако он
может поглощать энергию излучения. Поэтому рассмотрев атомы в теле, находясь в потоке
излучения, тела могут приобретать ускорения, что приведет к расширению вселенной от
центральных ее источников. Таким образом, ТДСФ может объяснить и расширения вселенной с
ускорением, но это другой вопрос и необходимо его рассмотреть в других рамках.
В
предложенной конструкции атома Бором излучает электрон, теряя энергию, и может упасть в
конечном итоге на ядро атома. Насколько такой атом не совершенен и не соответствует
экспериментам.
Кинетическая энергия одного моля вещества:
E = 3/2 k T =Ef * nf * T
Где k - постоянная Больцмана,
nf
- количества фотонов, приходящих на один Кельвин для одного атома (молекулы)
вещества.
Подставляем значения, получим: nf = 3,124 * 10
10
/К, здесь надо заметить, что автор количество
фотонов принимал за одну секунду, т.е. численно равно частоте в Гц, приходящее на 1 К, что
эквивалентно безразмерному значению. А в волновой теории уже так принято считать не
количество фотонов, а количество периодов.
Энергия фотона, равна Ef =6,626 * 10 – 34 Дж = 4,136·10 - 15 эВ, является постоянной величиной и не
зависит от природы вещества.
Теплоемкость вещества состоит из суммы кинетических энергий всех атомов этого вещества
плюс энергии фотонов в состоянии излучения, содержащихся
в объеме, занимаемым этим
веществом . И так
Εв = Ef * nf * NA * T + Еи ( 1 )
Еи - энергия в состоянии излучения фотона,
NA – число Авогадро.
В каждом атоме при определенном количестве фотонов, поступающих и излучающих телом за
одну секунду, т. е. равновесном состояний при постоянной температуре сосредоточено
фиксированное значение энергии, как в состоянии кинетической энергии атомов входящих в
состав вещества, так и фотонов в состоянии излучения.
Если Бор считал, что от температуры или поглощения фотона меняется энергия электрона в
атоме, то согласно ТДСФ изменяется кинетическая энергия поступательного движения атома, и
количества фотонов находящих в состоянии излучение межатомном пространстве.
Напрашивается вывод, что поступательное движение или количества движения зависит от
количества фотонов, поглощенных атомами в частности и телом в целом. Любое изменение
скорости тела вызвано изменением количеством фотонов в веществе.
Передача энергии осуществляется фотонами, фотоны имеют два состояния: состояние излучения
и состояние
приращения кинетической энергии атомов, причем для тел проявляются оба
состояния.
Возьмем для
примера вещество в газообразном состоянии, атомы двигаются с некоторой
скоростью имеют кинетическую энергию, которая соответствует определенному количеству
фотонов кинетического состояния, кроме того при соударении атомов возникают фотоны
излучения. Теплоемкость вещества в данном случае газа определяется суммарным значением
фотонов двух состоянии. Количества столкновений увеличивается с ростом температуры, тем
самым увеличивается количество фотонов в форме состоянии излучения. Тем самым и
теплоемкость растет с увеличением температуры вещества.
Вывод: общая энергия вещества (теплоемкость) складывается с кинетической
энергией
движения атомов, причем всех атомов, входящих и в состав молекул, и энергией внутреннего
излучения.
Рассмотрим учение о теплоемкости принятой на данный период: она зависит от
степеней
свободы (в нашем случае от количества атомов молекуле) и температуры. Однако кинетическая
энергия поступательного движения является функцией температуры, а все затраченные энергии
на степени свободы не влияют на температуру. Часть энергии, которая не влияет на температуру,
была названа внутренней. А величину ее так же привязали к температуре.
Теория о теплоемкости сводится к тому, что температурный фактор выражается кинетической
энергией молекулы, а тепловой внутренней энергией. Суммарная энергия составляет
теплоемкость вещества.
Природа атома его внутреннее структура
изменяет количественное
соотношения между
энергиями фотонов находящих в разных состояниях и зависит от частоты излучения и поглощения,
прозрачности, так с уменьшением прозрачности расчет количество фотонов в состоянии
излучения внутри вещества.
Фотон скорей всего самая малая частица, переносчик энергии, может находиться в двух
состояниях и является механизмом перехода массы в энергию. Фотон обладает самой маленькой
энергией и самой маленькой массой.
А теперь посмотрим теплоемкость согласно уравнению (1). Для всех простых твердых тел
одинаковое количество фотонов, в том и другом состоянии. Так же получиться значение равное
25Дж/моль-К.
«ДЮЛОНГА И ПТИ ЗАКОН - эмпирич. правило, согласно к-рому молярная теплоёмкость при
пост. объёме для всех простых твёрдых тел одинакова и составляет прибл. 25Дж/моль-К.
Установлен в 1819 франц. физиками П. Дюлонгом (P. L. Dulong) и А. Пти (A. Th. Petit). Д. и П. з.
может быть выведен из закона равнораспределения колебат. энергии по степеням свободы,
согласно к-рому на каждую степень свободы колебат. движения приходится энергия kT, где Т абс. темп-ра. Поскольку число колебательных степеней свободы у кристалла, содержащего N
атомов (N - число Авогадро), равно 3N (см. Динамика кристаллической решётки ),то ср. энергия
теплового движения в кристалле, содержащем 1 моль вещества, составляет E=3NkT, а
соответствующая молярная теплоёмкость равна дE/дТ= cv= 3Nk=24,9 Дж/моль-К. Д. и П. з.
удовлетворительно выполняется для большинства хим. элементов и простых соединений при
комнатной темп-ре. При понижении темп-ры теплоёмкость падает гораздо ниже значения,
даваемого Д. и П. з., стремясь к нулю как Т3 у диэлектриков и как Т - у металлов. Отклонения от Д.
и П. з. при низких темп-pax были объяснены в Дебая теории твёрдого тела. Согласно этой теории,
Д. и П. з. относится к области высоких темп-р (выше Дебая температуры qD), в к-рой возбуждены
все колебат. степени свободы. При понижении темп-ры происходит "вымораживание" всё
большего числа степеней свободы, что и приводит к уменьшению теплоёмкости. В кристаллах с
высокой темп-рой Дебая (у алмаза qD=1860 К, у бериллия qD=1000 К) Д. и П. з. не выполняется уже
при комнатной темп-ре. Небольшие отклонения от Д. и П. з. наблюдаются и при высоких темп-pax
(Т>qD). Они связаны с ангармонизмом колебаний кристаллич. решётки и дисперсией акустич.
фононов ,обусловленной дискретной структурой кристалла. Для сложных кристаллов Д. и П. з.
может не выполняться по двум причинам: 1) кристалл плавится пли разлагается при Т<qD,т. е. не
существует в области, где справедлив Д. и П. з.; 2) существенный вклад в теплоёмкость вносят
внутримолекулярные колебания (напр., такими колебаниями обусловлено 20% теплоёмкости
бензола
при
Т=150
К
и
80%
при
270
К).
Лит.: Ландау Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Статистическая физика, ч. 1, 3 изд., М., 1976; А ш к р о ф т Н.,
Мермин
Н.,
Физика
твёрдого
тела,
пер.
с
англ.,
т.
2,
М.,
1979.
Э. М. Эпштейн.» http://femto.com.ua/articles/part_1/1150.html
Для вещества в газообразном состоянии внутреннее излучение будет отсутствовать и поэтому
значение теплоемкости при постоянном объеме равно 12,5 Дж/моль-К.
Дальнейшем рассмотрим, как меняется внутреннее излучение в зависимости от числа атомов в
составе молекулы и температуре.
На данном этапе достаточно было показать, что теория ТДСФ позволяет посмотреть на
теплоемкость вещества как суммарное значение кинетической энергии молекул и энергии
внутреннего излучения (суммарное значение двух состоянии фотона). Нет смысла связывать
теплоемкость со степенями свободы молекулы, теплоемкость зависит от количества атомов в
молекуле, так как при столкновении молекул происходит такие же изменения между атомами,
как если бы они столкнулись между собой. А это приводит к дополнительному излучению и
поглощения фотонов, т.е. энергии.
Автор: Трофимов П.В.