Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
При T = 0 «элементарные возбуждения» отсутствуют, и весь гелий II является сверхтекучим. С ростом T увеличивается доля нормальной части гелия II. При
300
11.9. КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА
T = 2,2 К происходит непрерывный переход от гелия ЇІ к гелию I (фазовый переход первого рода).
5°. В гелии II обнаруживается аномально высокая теплопроводность, в сотни раз превосходящая теплопроводность металлов при комнатных температурах. Поэтому в гелии II не создается заметного перепада температур, он не может кипеть, а лишь испаряется со свободной поверхности. Высокая теплопроводность гелия II обусловливается интенсивными конвективными токами, которые возникают в неравномерно нагретом жидком гелии вследствие повышения доли его нормального компонента вблизи нагревателя. При стационарной теплопроводности в гелии II одновременно существуют два противоположных по направлению движения жидкости: нормальное — от нагревателя к холодильнику и сверхтекучее — от холодильника к нагревателю. Перенос энергии в форме теплоты осуществляется в нормальном движении. За счет сверхтекучего движения к нагревателю доставляются новые порции жидкости, способные прийти в нормальное движение. При этом не происходит макроскопического переноса массы, ибо оба движения компенсируют друг друга.
6°. При перетекании гелия II через узкий капилляр между двумя сосудами температура в сосуде, откуда гелий II вытекает (втекает), повышается (понижается). Это явление, называемое теханокалорическим эффектом, объясняется тем, что вытекающий из сосуда сверхтекучий компонент гелия II не обладает внутренней энергией и, следовательно, не уносит ее. Поэтому удельная внутренняя энергия и соответствующая ей температура оставшейся в сосуде жидкости повышаются.
Г л а в а 9 КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА
1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА И СТРОЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
1°. Твердыми телами называют тела, отличающиеся постоянством формы и объема. Твердые тела подразделяются на кристаллические и аморфные.
11.9.1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА И СТРОЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
301
2°. Кристаллы — твердые тела, имеющие правильное периодическое расположение составляющих их частиц (дальний порядок, кристаллическая решетка). Кристаллы ограничены плоскими, упорядоченно расположенными друг относительно друга гранями, сходящимися в ребрах и вершинах. При температурах ниже точки кристаллизации кристаллическое состояние является устойчивым состоянием всех твердых тел.
Монокристаллы имеют форму правильных многогранников, обусловленную их химическим составом. Большинство твердых тел — поликристаллов — имеет мелкокристаллическую структуру, т. е. состоит из большого числа сросшихся мелких, хаотически расположенных кристаллов (кристаллических зерен, кристаллитов).
3°. Кристаллы имеют симметрию, состоящую в том, что любому заданному направлению в кристалле соответствует одно или несколько направлений, которые в отношении рассматриваемых свойств являются совершенно одинаковыми. Симметрия кристаллов исследуется с помощью симметрических преобразований (операций совмещения), в результате применения которых кристалл совпадает сам с собой в различных положениях. Простейшие операции совмещения (поворот, отражение, трансляция — параллельное смещение) связаны с элементами симметрии. Простейшими элементами симметрии являются оси и плоскости симметрии. Группу симметрических преобразований, состоящую обычно из комбинации поворотов, отражений и поворотов с отражением, называют классом симметрии.
4°. По характеру сил взаимодействий, типу связи и тому, какие частицы расположены в узлах кристаллической решетки, различают следующие типы твердых тел.
1) Металлы (Na, Fe и др.). При сближении атомов, находящихся в начале каждого периода периодической системы Менделеева, валентные электроны покидают свои атомы и становятся обобществленными (коллективизированными), образуя электронный газ в металлах. При этом возникает однородное распределение электронной плотности по всей решетке. Лишь вблизи узлов кристаллической решетки плотность электронов
302
11.9. КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА
возрастает за счет внутренних электронных оболочек атомов. Металлическая связь в решетке возникает между положительными ионами и электронным газом и является специфическим типом химической связи, поскольку условия, необходимые для образования ионной (гетерополярной) или атомной (гомеополярной) связи, у атомов металла отсутствуют. Коллективизированные электроны металлов «стягивают», главным образом электростатическими силами, положительные ионы, уравновешивая отталкивание между ионами. При уменьшении расстояния между атомами в решетке растут электронная плотность и силы, стягивающие ионы, а также силы отталкивания между ионами. При определенных расстояниях (периоде решетки) эти силы уравновешивают друг друга, и возникает устойчивая металлическая решетка кристалла. Потенциальная энергия взаимодействия металлической связи составляет сотни кДж/моль (например, HO кДж/моль у натрия и 390 кДж/моль у железа). Металлы отличаются высокой тепло- и электропроводностью.
