Выше были изложены основы квантовой теории теплоемкости твердых тел. Более строгое и полное изложение этой теории содержится в статистической физике и термодинамике.

Измерения теплоемкости и ее температурного хода играют большую роль в исследованиях твердых тел. Это связано с тем, что теплоемкость непосредственно определяется колебаниями атомов в кристаллической решетке. Ясно, что характер этих колебаний должен зависеть от структуры решетки, ее симметрии и т.д. Поэтому различные аномалии теплоемкости, наблюдаемые в веществе, могут дать информацию о характерных для него внутренних превращениях. Так, фазовый переход 2-го рода в кристалле, в результате которого происходит изменение структуры его решетки, мы можем обнаружить по скачкообразному изменению его теплоемкости.

Экспериментальная часть

Приборы и принадлежности

Лабораторная установка ФПТ1-8, набор образцов (алюминий, латунь, сталь).

Описание установки

Установка ФПТ1-8 представляет собой конструкцию настольного типа, состоящую из двух основных частей: 1) приборный блок; 2) блок рабочего элемента РЭ-8.

Приборный блок представляет собой единый конструктив со съемной крышкой, съемными лицевыми панелями. Внутри блока размещены печатная плата с радиоэлементами, органы подключения регулирования, трансформаторы.

На лицевой панели блока находятся цифровой контроллер для измерения времени, амперметр, вольтметр, органы управления и регулирования установки.

Блок РЭ-8 представляет собой коробчатый конструктив, укрепленный на горизонтальном основании. Несущими узлами блока РЭ-8 являются панель и кронштейн, скрепленные между собой винтами. Спереди блок закрыт съемным экраном из оргстекла. На панели расположен цифровой контроллер для измерения температуры, внизу на выступающей панели размещены образцы из различных материалов и рукоятка для установки образцов в нагреватель.

Нагреватель состоит из металлического кожуха, теплоизолирующего материала, калориметра. В калориметр вмонтирован датчик контроллера для измерения температуры.

Принцип действия установки

Удельная теплоемкость твердого тела определяется по формуле

,                                    (2-7.11)

где C – теплоемкость, Q – количество теплоты, поглощенное образцом при нагревании на , m – масса образца,  - разность конечной и начальной температур.

Если для нагрева пустого калориметра на  требуется Q₁ джоулей тепла, а для нагрева калориметра с исследуемым образцом на  требуется Q₂ джоулей тепла, то на нагрев самого образца идет

                       (2-7.12)

В лабораторной установке нагрев производится пропусканием тока через нагреватель.

Количество теплоты, выделяемое нагревателем:

,                                      (2-7.13)

где i – ток через нагреватель, u – напряжение на нагревателе, t - время нагрева.

Если мощность нагрева остается постоянной в течении всего эксперимента, то после постановки выражения для количества теплоты из формулы (2-7.13) в формулу (2-7.12)

                     (2-7.14)

где t₁ - время нагрева пустого калориметра на , t₂ - время нагрева калориметра с образцом на .

Тогда                                      .                           (2-7.15)

Порядок выполнения работы

1. Вывести на минимум ручку потенциометра в модуле «НАГРЕВ».

2. Подать на установку питание, включив тумблер «ВКЛ» в модуле «СЕТЬ».

3. Убедиться, что в калориметре отсутствует образец. Плотно закрыть крышку калориметра.

Таблица 2-7.2.