Сыйымдылыы
 Скачать 228.11 Kb.
|
|
Мазмұны: Кіріспе Қатты денелердің жылу сыйымдылығы. Кристалдың жылу сыйымдылығы (классикалық теория) Қатты денелердің молекула- кинетикалық теориясының негізгі ұғымдары мен түсініктері. Қатты денелердің жылу сыйыдылығының кванттық ұғымдары. 1.4. Жаңа керамикалық материалдардың құрлымы және қасиеттері. Тәжірибелік тәсілдер және зерттеу нәтижелерін талдау . Зерттеу объектісі, тәжірибелік қондырғы және зерттеу жұмыстарының әдістері. SiO 2 , Al 2 O 3 тотықтарының жылу сыйымдылығының температураға тәуелділігі. Жаңа керамикалық материалдардың жылу сыйымдылығын зерттеу нәтижелері. Қорытынды. Қолданылған әдебиеттер. Кіріспе Дипломдық жұмыстың бірінші тарауында ең алдымен қатты денелердің жылу сыйымдылығының классикалық теориясын талдап,молекула- кинетикалық теориясының негізгі ұғымдары мен қатты денелердің жылу сыйымдылығының кванттық ұғымдарына тоқталып кетемін. Жалпы жұмысымның мақсаты- қатты денелердің жылу сыйымдылық процесін зерттеп, температураға тәуелділігін анықтау. Сондықтан зерттеу нысаны ретінде жаңа керамикалық материалдарды алдым. Оған мысал ретінде алюминий мен кремний тотықтарын қолдандым. Соңғы жылдары біздің планетамызда адамзаттың жан -жақты жүргізіп жатқан белсенді қызметтерінің нәтижесінде үлкенді- кішілі экологиялық апаттар орыналуда... Бүгінгі таңда жедел дамып отырған ғылыми- техникалық прогрестің нәтижесінде пайда болған осындай үлкен экологиялық проблемалар кездейсоқ пайда болған жоқ. Экология, технология және өндіріс ... бұл түсініктердің арасында тығыз байланыс жатыр. Жыл сайын елімізде көмір ,химия,энергетика,металлургия және тағы басқа өнеркәсіптермен миллиондаған тонна қалдықтар бөлінуде. Бүгінгі экологиялық проблемалардың бір тамыры міне осындай өнеркәсіп қалдықтарының зиянды әсерлерінен арылу мәселесіне келіп тіреледі.Сонымен экологиялық проблемаларды шешудің белгілі бір бағыты өнеркәсіп қалдықтарын халық шаруашылығының қажетіне жаратудың жан-жақты әдістерін таба отырып , «қалдықсыз» , «қалдығы аз » сияқты озықты үнемді технологияларды ойлап табу жұмыстарымен тікелей байланысты. Халық шаруашылығының сан алуан салаларының ішінде әсіресе көмір өнеркәсібінен жыл сайын бөлінетін «қалдықтардың» қоры өте мол. Мысалы: көмірді жерден қазып алу ,сонан соң оны арнайы фабрикаларда байыту,дайын болған көмірді жерден қазып алу үшін жағу жолдарының әрқайсысында белгілі бір қалдықтар бөлініп отырады.Осындай қалдықтардың бірі жылу электр станцияларында майда көмір тозаңын жағудан қалатын күл болып табылады. Жағу барысында әр тонна көмірден 30-50 процент шамасында күл бөлініп шығатынын ескерсек, қорының орасан зор екендігі өзінен-өзі түсінікті.Міне, сондықтанда осы жүздеген миллион тонна күлді зиянды қалдықтан кәделі материалдарға айналдыру ,яғни тиімді шикізат есебінде пайдалану мәселелері бұл күндері үлкен әлеуметтік проблемаға айналды. Бұл проблеманың шешілуі әсіресе Екібастұз,Қарағанды сияқты үлкен көмір бассейндері бар.Қазақстан үшін өте маңызды. Қазіргі таңда күл қалдықтарын халық шаруашылығында пайдалану мәселелерін қарастыру жолында біздің еліміздің ,сондай-ақ шет елдердің бір қатар ғылыми орталықтарында нәтижелі жұмыстар жүргізілуде. Бұл жұмыстардың барысы күл қалдықтарын сан алуан құрылыс материалдарын жасауда қосымша шикізат есебінде пайдалануға мүмкіндіктер мол екендігін көрсетті. Қатты денелердің жылу сыйымдылығы. Қатты дененің ішкі энергиясының қоры оны құрайтын бөлшектердің тербеліс энергиясы мен олардың өзара потенциялық энергиясының қоры болып табылады. Кристалдық решетканы жасайтын бөлшектер ( атомдар немесе иондар ), жалпы алғанда, байланыссыз емес, өйткені олардың арасында едәуір өзара әсер күштері болады. Сондықтан бөлшектердің тербелісін байланысты тербеліс деп қарау керек; тұтас решеткада жиіліктері әр түрлі тербелістер болады; олардың энергиялары ескерілу керек.Алайда тербелістің энергиясы үлкен болатын жоғары температураларда бөлшектерді тәуелсіз деп қарастыруға болады. Бөлшектердің әрқайсысы тепе-теңдік қалыптың маңында тербеліп тұрады. Бөлшектің орташа тербеліс энергиясын анықтау үшін, онда кинетикалық энергияның да, потенциялық энергияның да қоры бар екендігін ескеру керек. Орташа есеппен алғанда бұл энергиялардың шамалары бірдей болады. Сонымен,егер бөлшектің орташа кинетикалық энергиясын деп белгілесек, онда бөлшектің орташа энергиясының толық мәні болады. 𝜔 =2 Кристалдың кеңістік решеткасында әрбір бөшек өзінің тепе-теңдік қалпының маңында кез келген бағытта тербеле алады; олай болса, оның жылдамдығы вектор ретінде қарастырылу керек. Бұдан әрбір бөлшекте үшеркіндікдәрежесі (і) бар екендігі шығады. Сондықтан бір бөлшектің орташа i 3 кинетикалық энергиясы =2 kT=2 kT, ал орташа энергияның толық мәні болады. =2 =3kT Қатты дененің бір грамм атомының Uтолық ішкі энергиясын табу үшін бір бөлшектің орташа энергиясын бір грамм-атомдағы тәуелсіз тербелетін бөлшектердің санына көбейту керек. Химиялық жай қатты кристалл денелердің грамм атомындағы тәуелсіз тербелетін бөлшектердің саны Авогадро санымен Nбірдей болады, сондықтан U= N=3NkT = 3RT, (1) мұндағы R– газ тұрақтысы. Жылулық ұлғаю коэффициенттері аз болатын қатты денелердің тұрақты көлемдегі және тұрақты қысымдағы жылу сыйымдылықтары іс жүзінде бірдей болады. Сондықтан бұдан бұлай оларды бірдей деп қарастырамыз. Сонда химиялық жай қатты кристалл дененің сан жағынан алғанда ішкі энергияның температура 1°-қа көтерілгендегі артуына тең болатын атомдық жылу сыйымдылығы (1) формула бойынша мынаған тең болады: C= 3R. ал газ тұрақтысы R2 кал/ градмоль1 болатындықтан, С6 кал/ градмоль , (1´) яғни химиялықжайқаттыкристаллденелердіңбарлығыныңжеткіліктіжоғары температурадағы атомдық жылу сыйымдылығы6 кал/ градмоль -ғатеңболады.Бұл Дюлонгпен Птизаңыдеп аталады. Кристалды құрастыратын өзара әсерлесетін бөлшектер тербелістерінің сипатын мұқият тексермейінше Дюлонг пен Пти заңы орындалу үшін қарастырылып отырған дененің қандай температурасын жеткілікті жоғары температура деп есептеуге болатындығын алдын- ала айтуға болмайды. Дюлонг пен Пти өздерінің заңын бірқатар денелерге бөлме температурасында жасаған тәжірибелерінің мәліметтерінен қорытып шығарған. 1.1-ші кестеде бірнеше химиялық жай затты денелердің атомдық жылу сыйымдылықтарының мәндері келтірілген. Элементтердің қатты күйіндегі атомдық жылу сыйымдылығы 1.1-кесте
Кестеде келтірілген заттардың көпшілігінің (Al,Fe,Au,Cd т.б.) атомдық жылу сыйымдылығы 6 кал/ градмоль -ға жуық екендігі, яғни олардың атомдары іс жүзінде біріне-бірі тәуелсіз тербелу үшін бөлме температурасы олар үшін жеткілікті жоғары температура болып табылатындығы көрінеді. Бұл заттар үшін Дюлонг пен Пти заңы орындалады. Алмаз, кремний және бордың бөлме температурасындағы атомдық жылу сыйымдылықтары 6 кал/ градмоль -дан көп кем; бұл осы заттардың кристалдық решеткаларындағы атомдардың бөлме температурасындағы тербелістерін тәуелсіз тербеліс деп есептеуге болмайтындығын білдіреді. Алмаздың 985°С температурадағы атомдық жылу сыйымдылығы 5,52 болады, яғни болуға тиіс мәні 6 мәніне жуықтайды.  Көптеген химиялық күрделі заттар кристалдарының сипаты иондық сипат болады. Бұл заттардың кристалдарынан жеке молекулаларды бөліп алуға болмайды, ал осы заттар газ күйінде болғанда оларды айырып алуға болады. Кристалдық решеткада осы заттың газ күйіндегі молекулаларының құрамына кірген атомдар ғана иондар түрінде дұрыс алмасып отырады. Бұдан кристалл күйінде осы заттың бір грамм-атомын құрайтын бөлшектердің саны осы заттың бір грамм атомындағы атомдардың санына тең болады. Мысалы, газ күйіндегі хлорлы натрийдің бір грамм молекуласындағы NaCl молекулалардың саны Авогадро санына тең болады. Ал қара тікен тұздың кристалында Na мен Cl - иондар решетканың түйіндеріне орналасады, бұлардың ( Na иондар мен Cl- иондардың) қоса есептегенде жалпы саныi 2N-ге тең. Бұрынғыша решеткадағы әрбір ионға =2 kT 2 орташа энергия сәйкес келеді деп есептегенде кристалдық тас тұзының молекулалық жылу сыйымдылығы мынаған тең болу керек: С=2 i/ 2 k2N=6kN=6R, немесе шамамен 12 кал/ градмоль . Решеткадағы атомдар нейтрал (бейтарап) болып біріне-бірі тәуелсіз тербелгенде де осылайша ойлайтын болсақ, ол да болып шығады. Бұдан басқа да екі атомды қосылыстардың қатты күйіндегі молекулалық жылу сыйымдылықтары да шамамен 12 болуға тиіс деп айтуға болады. кал/ градмоль -ға тең |