Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Электротехника -> Фалькевич Э.С. -> "Технология полупроводникового кремния" -> 15

Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.

Фалькевич Э.С., Пульнер Э.О., Червоный И.Ф. Технология полупроводникового кремния — М.: Металлургия, 1992. — 408 c.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка): tehpolkremniya1992.djvu
Предыдущая << 1 .. 9 10 11 12 13 14 < 15 > 16 17 18 19 20 21 .. 162 >> Следующая


При плавлении твердого тела затрачивается тепло плавления, которое полностью определяется разницей в потенциальной энергии взаимодействия в твердом и жидком состояниях. В процессе испарения (кипения) требуется еще больше энергии (тепловой), так как при переходе в пар рвутся все межмолекулярные (межатомные) связи. Следовательно, плавление или испарение требует столько тепла, сколько его приходится на каждую связь, умноженную на энергию разрыва одной связи. Чем больше сила связей, тем выше температуры плавления и кипения.

Между температурой плавления Jnn и теплотой плавления Ln существует эмпирическое соотношение, которое с небольшими отклонениями выполняется на практике (правило Ричардсона): ASro, = L jTnn. Подобное же правило, но более точно выполняющееся, для точки кипения (правило Труттона): ASk = W Tk .

Величина AS (в приведенных выражениях ASrro и ASk) называется энтропией превращения. Она показывает, какое количество тепла, приходящееся на 1 К, выделяется или поглощается в процессе превращения 1 моля вещества. Правило Ричардсона выполняется менее строго, чем правило Труттона. Это связано с тем, что при испарении твердое тело переходит из упорядоченного состояния в полностью неупорядоченное. При переходе из твердого в жидкое состояние (плавление) в различных жидкостях порядок частично сохраняется.

Энтропия плавления показывает, какая часть тепла поглотилась при нарушении порядка в расположении атомов. Это значит, что дополнительный беспорядок в жидком состоянии требует затраты кинетической энергии (тепла). Следовательно, энтропию можно представить как кинетическую энергию, затрачиваемую на поддержание беспорядка. При этом надо твердо помнить, что это не беспорядок в расположении частиц, а беспорядок в их движении.

Если частицы движутся, соблюдая полный порядок, так, что каждая из них все время движется по одной и той же траектории, энтропия равна нулю. И если частицы независимо от взаимного пространственного расположения пребывают в состоянии покоя, то и в этом случае

35
энтропия равна нулю. Это обусловлено законом Нернста - при абсолютном нуле энтропия любого тела равна нулю. Если энтропия - это часть кинетической энергии поступательного движения, которая затрачивается на поддержание беспорядочного движения, то совершенно очевидно, что не все тепло, которое подводится к системе, можно преобразовать в работу.

Допустим, в цилиндре с поршнем находится газ. Если нагреть этот газ, то в цилиндре увеличится давление и поршень сможет произвести некоторую полезную работу. Микроскопически это связано с тем, что молекулы приобретают дополнительную кинетическую энергию и с большей энергией ударяются о днище поршня. Если бы все молекулы двигались упорядоченно, то вся дополнительная энергия превратилась бы в работу. Ho движение молекул хаотично. Часть молекул, забирая дополнительную энергию, просто увеличивает хаотичность движения. И чем выше температура, тем хуже порядок в структуре тела, больше тепла забирает беспорядок в движении. Это количество тепла, приходящееся на один градус, и есть энтропия. Более точно энтропия - это та часть тепла, которая идет на преодоление потенциальной энергии межатомного взаимодействия. Поэтому полезная работа F, выполняемая системой за счет внутренней энергии системы Е, определяется соотношением: F=E- TAs.

Это основное соотношение термодинамики, которое называется ее вторым началом.

Термодинамика основывается на всеобщем законе сохранения энергии. Ее главная задача - установить взаимосвязь между внешними параметрами системы (температурой, давлением, концентрацией) и превращением одних видов энергии в другие. При этом она пользуется параметрами, которые являются усредненными характеристиками движения и взаимодействия огромных количеств частиц. Ёе законы действительны именно для таких систем, поведение которых определяется как результат движения и взаимодействия этих частиц.

Полезная работа - это фактически часть внутренней энергии, которую в тех или иных условиях можно преобразовать в кинетическую (тепловую) энергию поступательного движения. Обычно ее называют свободной энергией. Из двух значений свободной энергии при данном значении параметра система стремится перейти в состояние с меньшим ее значением.

Большая часть термодинамического анализа поведения систем и сводится к определению направления процесса перехода.

Рассмотрим процесс плавления твердого тела.

Изменение свободной энергии при нагреве в соответствии с формулой Ft= Et- TASt иллюстрирует рис. 12, кривая I. С увеличением температуры T увеличивается и беспорядок ASr. Поэтому, несмотря на то, что Er тоже увеличивается, Fr в целом уменьшается.

36
Рік. 12. Зависимость свободной энергии от температуры р в твердом (1) и жидком (2) состояниях вещества

Это можно легко доказать, взяв производную по T для небольших изменений T;

EhS можно считать постоянными, тогда д EId T = -S. Следовательно, F(T) с увеличением T должна уменьшаться. Кроме того, тпл т

кривая должна быть выпуклой вверх.
Предыдущая << 1 .. 9 10 11 12 13 14 < 15 > 16 17 18 19 20 21 .. 162 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed