Интерферометры
Звездный интерфероментр Майкельсона
Интерферометр Фабри-Перо
Дифракционная решетка
Дифракция на круглом отверстии
Обсуждение полученных результатов
Пятно Пуассона
Одноосные кристаллы
Двойное лучепреломление
Естественное вращение плоскости поляризации
Искусственное двойное лучепреломление
Тепловое излучение
Плотность лучистой энергии
Формула Планка
Оптическая пирометрия
Теплоемкость кристаллической решетки
Эффект Допплера
Фотоны
Примеры использования понятия фотона
Эффект Комптона
Примеры использования понятия фотона
Эффект Комптона
Физический смысл волновой функции
Как нам это понимать
Парадокс Больцмана
Нормирование волновой функции
Стоячие волны. Рефракция
Квантование момента импульса
Навигация
Теплоемкость кристаллической решетки
Лекции по физике
143609
знаков
73
таблицы
14
изображений
13.2. Теплоемкость кристаллической решетки.
Продолжение
Здесь мы проведем некоторые подсчеты, повторяющие проведенные при выводе формулы Планка. Прежде всего запишем выражения для количества стоячих волн с энергией 
и для их энергий:
; 
.
Средняя энергия
.
Введя переменную 
, перепишем это выражение в виде
.
При преобразованиях мы воспользовались выражением для суммы членов бесконечной геометрической прогрессии. Наконец, выполнив дифференцирование, получаем нужное выражение:
.
Подсчитаем теперь тепловую энергию моля кристаллического вещества. При выводе формулы Планка не существует ограничения на максимальную частоту w. В случае же кристалла не имеет смысла говорить о волне, длина которой меньше расстояния между атомами. А говоря иначе, количество стоячих волн должно равняться числу степеней свободы 3NA. Это позволяет определить максимальное значение частоты (Vмоль-объем моля вещества):
;
.
Для подсчета тепловой энергии, запасенной молем вещества, нам надо взять интеграл:
.
При высокой температуре 
и экспоненту в знаменателе подынтегрального выражения можно разложить в ряд, ограничившись первым членом разложения: 
. Кроме того, куб скорости в знаменателе можно представить в виде:
.
Тогда для ET мы получим:
.
Таким образом, при высокой температуре молярная теплоемкость кристалла
,
и мы получаем закон Дюлонга и Пти. Как должно быть ясно из сказанного, это выражение справедливо лишь при достаточно высокой температуре, когда возможно разложение экспоненты в ряд с ограниченным количеством членов разложения.
Анализировать поведение теплоемкости при низких температурах мы не будем. Отметим только, что в качестве “граничной” температуры вводится так называемая температура Дебая q, которая определяется условием: 
. При температурах 
необходимо учитывать эффекты квантования энергии.
14.1. Преобразования Лоренца
|
Y Y’ K K’
O O’ X,X’ |
vДо сих пор у нас не возникало необходимости переходить из одной системы отсчета в другую при больших скоростях относительного движения этих систем. Потому мы пользовались преобразования Галилея, не учитывающими релятивистские эффекты. Но теперь нам понадобятся преобразования Лоренца. При движении со скоростью v некоторой системы K’ вдоль оси OX “неподвижной” системы K они имеют вид:
; 
;
; 
.
Мы выписали прямые и обратные преобразования. Отмеченные штрихами величины относятся к движущейся системе отсчета.
Чтобы немного привыкнуть к этим преобразованиям, решим две частные задачи, не имеющие прямого отношения к волнам.
Рассмотрим движение некоторого стержня вдоль оси OX. Свяжем с ним движущуюся систему отсчета K’. Его длина в этой системе отсчета 
. Заметим, что, поскольку стержень в этой системе неподвижен, координаты его концов могут быть определены в произвольные моменты времени - координаты не изменяются во времени. Обратите внимание на это существенное обстоятельство.
Получим теперь выражение для длины стержня в неподвижной системе отсчета. Запишем такое выражение:
.
Чтобы определить длину движущегося стержня в неподвижной системе отсчета, нам следует определить координаты его концов в один и тот же момент времени, т.е. положить 
. При этом условии 
- длина стержня в неподвижной системе отсчета. Таким образом, длина движущегося стержня оказывается меньше его “собственной” длины:
.
В таком случае говорят о лоренцовом сокращении длины движущегося стержня.
Предположим теперь, что в неподвижной системе отсчета произошли два события, разделенные промежутком времени 
. Например, это может быть промежуток времени между рождением и распадом некоторой нестабильной частицы. Считая, что частица движется со скоростью v, свяжем с ней систему отсчета. В этой системе промежуток времени между событиями, которые, заметим, в ней произошли в одной и той же точке с координатой x’, будет:
;
.
В таком случае говорят о замедлении хода часов в движущейся системе отсчета.
Это замедление хода часов (или хода времени) приводит к любопытному эффекту. Исследуя некоторую нестабильную частицу, мы можем измерить ее “время жизни” t¢ которое является характеристикой частицы, а не системы отсчета. Если такая частица после рождения движется со скоростью v, мы можем подумать, что до момента распада она пройдет путь vt¢ - от рождения и до распада в связанной с частицей системе отсчета пройдет время t¢. Между тем пройденный за это время путь мы, естественно, измеряем в неподвижной системе отсчета. И тогда этот путь окажется намного больше, если скорость частицы близка к скорости света:
.
Так что, измеряя пройденное от момента рождения частицы до ее распада расстояние, можно непосредственно проверить вывод о замедлении хода времени в движущейся системе отсчета.
Похожие работы
... свойства. А.у.т. - тело, для которого силы однозначно определяют деформации и наоборот. Правильность выбранной абстракции подтверждается совпадением, определенной точностью результатов теории и опыта. Физика - наука, устанавливающая закономерные связи посредством наблюдений явлений в природе и посредством лабораторных опытов. Согласие результатов научного анализа с результатами опыта - критерий ...
... так, как большинство материалов относится к устному творчеству, откуда и были получены, также есть выдержки из книг: «Физики шутят», «Физики продолжают шутить», «Сборник задач по физике» Г. Остера. Шутки, которые шутят физики. Один математик спросил коллегу, известного своими религиозными убеждениями: - Вы, что же, верите в единого ...
... фара́да). 1 фарад равен электрической ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между обкладками конденсатора напряжение 1 вольт. Ф = Кл/В = A·c/B Единица названа в честь английского физика Майкла Фарадея Фарад — очень большая ёмкость. Емкостью 1Ф обладал бы уединенный шар, радиус которого был бы равен 13 радиусам Солнца. Для сравнения, ёмкость Земли (шара размером с ...
... гальванометра отклонялась (то же происходило и при поднятии электромагнита из катушки). Эта схема напоминает рисунок из лабораторного журнала Фарадея. Удивительно, как схожи оказались эксперименты двух великих физиков, работавших независимо друг от друга на разных континентах! В своей статье, написанной уже после знакомства с опытом Фарадея, Генри, отдавая должное английскому физику, подчеркнул, ...
0 комментариев