Файл: Ферми Э. Термодинамика.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.07.2024

Просмотров: 101

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

где

W — энергия,

необходимая

для

того, чтобы из металла

извлечь

один

моль электронов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теперь для свободной энергии электронного

газа

находим

 

F9„

+N{±RT

+ W}- NRT

{•§•

ln T

+

ln I

+

In

^ M e R f ^ \ t

где

атомный вес

электрона Ме

=

,

а

значение

ш

для

электро­

нов равно 2.

Свободная энергия F всей системы — сумма свободной энергии электронов и свободной энергии FM металла:

 

F=FU

 

+N\^

RT

+

W — RTІ~\ПТ

+

\x\V

— lnW

+

 

 

 

 

+ m g ^ : ^ }

 

 

 

(210)

Условием равновесия является минимум F при данной темпе­

ратуре

и

данном

объеме.

Полагая,

что

F M

не

зависит*

от N,

получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0=

^

= ^

RT +

W - RT i^-\nT

+ InV -

\nN

+

 

 

 

 

 

+ 1 П 2 ( 2 У Б > ^ .

 

 

 

 

Потенцируя, получаем

уравнение

 

 

 

 

 

 

 

 

N_ =

2 P ^ ) ' / g

TVoe~W

=

7 i 8 9 . W - 9 T V 2 e - W ,

 

(21 J)

которое

дает то, что требовалось, — концентрацию электронов внут­

ри полости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачи

 

 

 

 

 

 

1, Вычислите степень диссоциации натриевого пара при температуре

4000° К и давлении в

1 см pm. ст.

(примите в расчет

давление,

вызванное

не только атомами натрия, но и ионами, и электронами).

 

 

 

2. Найдите

соотношение между

температурой Дебая

6 и температурой,

для которой

атомная теплоемкость

твердого элемента

равна ^

(примените

графический или численный методы).

* Экспериментально это предположение обосновывается тем, что элект­ роны врутри металла не вносят вклада в удельную теплоемкость металла. Удельная теплоемкость полностью учитывается движением атомов. Строгие оправдания этого предположения даны в специальных работах по теории металлов. (Это утверждение справедливо только при высоких температу­ рах. — Прим. ред.)

Предметный указатель

Абсолютная термодинамическая тем­ пература 35, 41—42

шкала температур 41, 42 Авогадро закон 15.

Агрегатное состояние системы 121

Аддитивная (дополнительная) кон­ станта 18, 26, 49 , 56, 101, 119, 121, 127

Адиабатические процессы 28, 29, 67

Адиабата

33, 42

Бойля

закон

15

Больцмана

формула (соотношение)

53,

120,

121

Ван-дер-Ваальса изотерма 63, 65 —уравнение 64, 66—68

Вант-Гоффа изохора 73, 83

— ящик 88, 90 Вероятность состояния 53, 120

Второй закон (второе начало) термо­

динамики 31, 32

 

 

 

 

Газовая

постоянная 27

 

 

 

Гей-Лгоссака закон 15

 

 

 

Гельмгольца

уравнение 83, 95

 

Гетерогенные

(неоднородные)

систе­

мы 10

 

 

 

 

 

 

 

 

Гиббса правило фаз 76, 80

 

 

Гомогенные

(однородные)

системы

8,

65,

81

 

 

 

 

 

 

Давление

8,

10,

49,

56,

59,

64,

82,

91,

101,

106, 112,

113 и др.

 

—критическое 60

—парциальное 89, 90 Дальтона закон 16, 94 Двухфазные системы 78 Дебая формула 123 —

—температура 123

Действующих масс закон 86—89, 93, 95, 97, 98, 108—110, 130

Джоуля опыт 25, 59 Динамическое состояние системы 10,

16, 17, 121, 122 Дюлонга и Пти закон 122—125

Закон Авогадро 15

—Бойля 15

—Гей-Люссака 15 —Дальтона 16, 25

—действующих масс 86—89, 93, 95, 97, 98, 108—110, 130 —Дюлонга и Пти 122—125

Идеальный газ 14, 15, 26, 60, 63, 67, 106, 127

Изобарический процесс 14, 75, 115

Изотерма

10, 33, 34,

42,

59, 60, 64,

65

и др.

 

 

 

 

Изотерма критическая 60, 63, 67

 

Изотермический процесс

14, 15,

32,

34,

41, 62, 66, 73—76, 84, 97, 115,126

Изохора Вант-Гоффа 73 Изохорический процесс 14, 71, 84 Изоэнтропический процесс 67 Испарение 127—128

Калория 22, 23 Карно цикл 33 , 35, 36, 41—47

Кельвина постулат 32, 33, 35, 36, 38, 46

Клаузиуса постулат 32, 35 Клапейрона уравнение 58, 61, 62, 76,

77, 115, 128 Количество теплоты 22, 42—48, 51,

53,

73,

123,

125

 

Конденсация 29, 60, 64, 82, 127

Константа энтропии 126, 131

 

Коэффициент

 

полезного действия те­

пловых машин 39, 43, 44

 

 

цикла

Карно 35

 

Кристаллическая

структура 121

 

Критическая

температура 59

 

Критическое

состояние (критические

точки)

системы

59, 63

 

Ле-Шателье принцип 96

 

Майера

принцип

сохранения

энер­

гии 6

 

 

 

 

 

Метастабильное

(неустойчивое)

со­

стояние 64,

 

125

124

Модификация

 

аллотропическая

Необратимые

машины 39

 

— процессы

46,

126

 

Неоднородные

(гетерогенные) систе­

мы 10

 

 

 

 

 

Нернста теорема 120—123, 125, 127, 129

Неустойчивое (лабильное) состояние 64

Обратимые машины 38, 39, 40

— процессы 10, 27, 40, 43, 46—51,

57,

66,

71,

74,

90,

126

 

 

Объем

9,

 

59,

60,

91,

99,

100,

106,

114,

 

116,

132,

133

 

 

 

 

Объем критический

59

 

 

 

Однородные (гомогенные) системы

10,

65,

81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Однофазные

системы

77

 

 

 

Осмотическое

давление

102—106, 113

Пара давление 113, 115—117 Парциальное давление 16

Первый закон (первое начало) тер­

модинамики

16 , 23—26,

35—37, 57,

61,

70,

75, 85,

96

 

 

Плавление 62, 64, 125, 129

Правило фаз Гиббса 77, 80

Превращение

теплоты

в

механичес­

кую работу 6, 31, 32, 36

Превращения

в системах

8, 32, 36

Принцип Ле-Шателье 94, 96

— сохранения

энергии

16, 18, 20

Постулат

Кельвина 32,

33, 35, 36,

38,

46

 

 

 

 

 

— Клаузиуса

32, 35

 

 

Работа 18—21, 27, 31, 32 Работа, совершенная системой, 12, 13,

16—21, 25, 51, 66, 70, 71, 73, 90, 92 Равновесное состояние 11, 47 , 49 , 76,

80, 87, 103, 106, 115 Равновесие устойчивое 71

Растворы слабые 'разбавленные) 99, 103, 106, 115

—точка замерзания 113, 118

—точка кипения ИЗ, 115, 117—119 Реакции в газовой фазе 87, 89 Реальные газы 15, 68

Сакэ-Тетрода формула 128—130, 132 Саха уравнение 131 Свободная энергия системы 69, 71,

74, 92—94, 103, 105, 108, 112, 133 Система жидкость—пар 62, состояние

8, 9, 12, 18, 35

— состоящая из химически опреде­ ленной однородной жидкости 9 Система, состоящая из химически од­

нородного твердого тела, 10

—состоящая из однородной смеси химических соединений 10

—содержащая движущиеся части 11

— термически

изолированная 21 —

— стандартное

состояние

18, 49—51,

53,

120,

121

 

 

Соответственные

состояния

66

Сублимация 82

 

 

Твердые тела 123 температура 9, 19, 24 и др. Температура критическая 60

—абсолютная 15, 26

—термодинамическая 59 Теплота 7, 20—22 и др.

—испарения 116

—источника 31—38, 42 и др.

—плавления 117

—превращения 125

Тепловое равновесие 8 Тепловые машины 43

Тепловая (термическая) изоляция 19, 27, 34

Теплоемкость 24

—атомная 122, 125, 128

—молярная 25,26.-68, 92, 101, 130

—

при постоянном

давлении

23, 24,

 

26,

122

 

 

 

 

 

—

при постоянном объеме 23—26, 68

Термическая

ионизация газа

129 —

 

131

 

 

 

 

 

 

Термодинамический

 

потенциал

72,

 

73—75, 77 и др.

 

 

 

 

Термодинамические

системы 9

 

 

Термодинамическое

состояние

10, 53,

 

54

 

 

 

 

 

 

—

равновесие

72

 

 

 

 

Термоионный

эффект

129

 

 

Третий закон термодинамики

50,

120

 

(см. также

Нернста

теорема)

 

Тройная точка 81

 

 

 

 

Уравнение Ван-дер-Ваальса 64, 67—69

—газового равновесия 93, 95

—Гельмгольца 83, 96

—Клапейрона 59, 61, 62, 63, 76, 77, 115, 129

—Саха 132

—состояния 10, 58, 59, 91 идеального газа 14, 24, 62

Условия равновесия 115, 133 Устойчивое (стабильное) состояние

65, 75

Фаза 77—82, 111, 115, 118 Фазовое пространство системы 120—

122 Формула Больцмана 54, 120, 121,

—Дебая 123

—Сакэ-Тетрода 128—130, 132

Химическое равновесие 78, 79, 131

—— в газах 78, 131

врастворах 108

Цикл Карно 33, 35, 36, 41—47 Циклические процессы (циклы) 13,

21, 36—38, 40, 43, 45—49, 65

Число степеней свободы 80, 122

Энергия 17—21, 24, 32 и др.

—идеального газа 25, 41

—системы 16, 17, 25 Энтропия 44, 47—58 и др. Элемент гальванический 82—86

 

 

 

 

О Г Л А В Л Е Н И Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стр.

Предисловие

автора

 

 

•

 

5-

Предисловие

редактора перевода

 

 

&

Введение

 

 

 

 

 

.7

 

 

Г л а в а

I. Термодинамические системы

 

1. Состояние систем и превращения в них

 

9

2.

Идеальные

газы

 

 

 

 

14-

 

 

Г л а в а

 

II . Первый закон термодинамики

 

3. Формулировка первого закона термодинамики

 

17

4.

Применение первого закона к системам, состояние которых может

 

 

быть изображено на диаграмме (V,

р)

 

23

5. Применение первого закона к газам

 

 

25

6. Адиабатические процессы в газах

 

 

28-

 

Г л а в а

Ш. Второй закон

термодинамики

 

7. Формулировка второго закона термодинамики

 

31

8.

Цикл Карно

 

 

 

 

33

9.

Абсолютная термодинамическая температура

 

35

10.

Тепловые машины

 

 

 

 

43-

 

 

 

 

Г л а в а IV. Энтропия

 

 

11.

Некоторые

свойства циклов

 

 

44

12.

Энтропия

 

 

 

 

 

46

13.

Некоторые

дальнейшие свойства энтропии

 

51

14.

Энтропия системы,

состояние которой может

быть изображено

 

 

на диаграмме (V,

р)

 

 

55

15.

Уравнение

Клапейрона

 

 

58

16.

Уравнение Ван-дер-Ваальса

 

 

63

 

Г л а в а

V. Термодинамические потенциалы

 

17.

Свободная

энергия

 

 

 

 

69

18.

Термодинамический

потенциал при постоянном

давлении . . . .

73

19.

Правило фаз

 

 

 

 

76

20.

Термодинамика обратимого гальванического элемента

82

 

 

Г л а в а

VI. Реакции в газовой фазе

 

21.

Химическое равновесие в газах

 

 

86

22. Ящик Вант-Гоффа

 

 

 

 

88

23. Другое доказательство уравнения газового равновесия

92

24.

Обсуждение уравнения газового равновесия. Принцип Ле Шателье

94

 

Г л а в а VII. Термодинамика слабых

растворов

 

Стр.

 

 

 

25.

Разбавленные

растворы

 

 

 

98

26.

Осмотическое

давление

 

 

 

 

. 10 2

27.

Химическое равновесие

в растворах

 

 

106

28.

Распределение растворенного вещества между двумя фазами .

.

109

29.

Давление пара, точка

кипения

и точка замерзания раствора .

.

112

 

Г л а в а VIII. Постоянная

в зависимости

энтропии от

 

 

 

 

 

температуры

 

 

 

30.

Теорема Нернста

 

•

 

 

119

31.

Применение теоремы Нернста к твердым телам

 

122

32.

Энтропийная

константа

газов .

 

 

126

33.

Термическая ионизация

газа. Термоионный эффект

 

129

 

Предметный указатель

 

 

 

 

133

Энрико Ферми

ТЕРМОДИНАМИКА

Перевод с английского

Редактор 3. Н. Щегельская

Художник А. И. Удовенко

Техредактор Л. Т. Момот Корректор Р. Е. Дорф

Сдано в набор 3/VII1 1972 г. Подписано к печати 29/1 1973 г. БЦ 50035. Формат 60 X 901 /1 о . Объем:. 8,5.физ. печ. л.,. 8.5 усл. печ. л., 8,1 уч.-изд. л. Бум. листов 4,250. Заказ 3-870. Бумага типографская № I . " Цена 57 коп'. Тираж 11230.

Св. ТП 1973 г. поз. 24.

Издательство Харьковского Университета, Харьков, Университетская, 16.

Отпечатано с матриц Книжной фабрики им. М. В. Фрунзе на Харьковской книжной фабрике «Коммунист» Республиканского производственного объеди­ нения «Полиграфкнига» Государственного комитета Совета Министров УССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, Харьков, Энгельса, 11.

Смотрите также файлы