Закон кубов Дебая

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Татарстан

Альметьевский государственный нефтяной институт

Кафедра физики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Дополнительные главы физики»

на тему: «Закон кубов Дебая»

Выполнил:

студент группы 39 - 91

Нурмухаметова Р.Р.

Проверил:

ст. преподаватель

Мухетдинова З. З.

Альметьевск 2011

Содержание

Введение

Глава 1. Петер Джозеф Уильям Дебай

Глава 2. Твердые тела. Структура твердых тел

2.1 Структура

2.2 Кристаллические тела

2.3 Аморфные тела

Глава 3. Теории теплоёмкости твёрдых тел

3.1 Классическая модель

3.2 Квантовая теория теплоёмкостей Эйнштейна

3.3 Квантовая теория теплоёмкостей Дебая

3.4 Фононы

3.5 Модель Дебая

Заключение

Список литературы

Введение

В термодинамике и физике твердого тела модель Дебая -- метод развитый Дебаем в 1912 г. для оценки фононного вклада в теплоемкость твёрдых тел. Модель Дебая рассматривает колебания кристаллической решетки как газ квазичастиц -- фононов. Эта модель правильно предсказывает теплоёмкость при низких температурах, которая пропорциональна T³. В пределе высоких температур теплоёмкость стремится к 3R, согласно закону Дюлонга - Пти.

Физика твердого тела - раздел физики, изучающий структуру и свойства твердых тел. Научные данные о микроструктуре твердых веществ и о физических и химических свойствах составляющих их атомов необходимы для разработки новых материалов и технических устройств. Физика твердого тела - один из тех столпов, на которых покоится современное технологическое общество.

Твёрдые тела - это металлы и диэлектрики, без которых немыслима электротехника, это - полупроводники, лежащие в основе современной электроники, магниты, сверхпроводники, конструкционные материалы. Твёрдое тело состоит из миллиарда частиц, которые взаимодействуют между собой. Это обусловливает появление определённого порядка в системе и особых свойств всего количества микрочастиц. Так, коллективные свойства электронов определяют электропроводность твёрдых тел, а способность тела поглощать тепло - теплоёмкость - зависит от характера коллективных колебаний атомов при тепловом движении. Коллективные свойства объясняют все основные закономерности поведения твёрдых тел.

Глава 1. Петер Джозеф Уильям Дебай

Дебай - выдающийся представитель голландской науки - получил Нобелевскую премию по химии в 1936 г. Обладая исключительной разносторонностью, он внес большой вклад в развитие не только химии, но и физики. Эти заслуги принесли Дебаю большую известность; ему присвоили почетные звания доктора наук более 20 университетов мира (Брюссельский, Оксфордский, Бруклинский, Бостонский и другие). Он был награжден многими медалями и премиями, в том числе Фарадея, Лоренца, Планка. С 1924 г. Дебай - чл.-корр. АН СССР.

Нидерландско-американский физик Петер Джозеф Уильям Дебай (Петрус Йозефус Вильгельмус Дебьо) родился в г. Маастрихте в Нидерландах в семье Марии Дебьо (в девичестве Рюмкенс) и Вильгельмуса Йоганнеса Дебьо, контролера фирмы по производству металлической проволоки. В начальной и средней школе изучал иностранные языки, математику и естествознание. По окончании школы в 1901 г. он поступил в Ахенский технический университет в Германии по специальности инженер-электрик.

В Ахене Дебай (так позднее он стал писать свою фамилию) проявил интерес к химии и физике. Один из его преподавателей, физик Макс Вин, разрешил Дебаю проводить несложные эксперименты в институтской физической лаборатории, когда она была свободна, что и пробудило у него интерес к научным исследованиям. Еще будучи студентом последнего курса, он уже являлся ассистентом Арнольда Зоммерфельда, который впоследствии стал профессором технической механики.

В 1906 г., год спустя после получения диплома инженера-электрика, Дебай вслед за Зоммерфельдом перешел в Мюнхенский университет, где и работал в течение пяти лет его помощником. В 1908 г. Дебай завершил свою диссертацию о давлении света на шары, обладающие электрическими свойствами, и получил степень доктора по физике. Через два года он становится лектором Мюнхенского университета, но покидает его в 1911 г., направившись в Цюрихский университет в Швейцарию к Альберту Эйнштейну, где становится профессором теоретической физики.

В Цюрихе Дебай начал исследования структуры молекул. Хотя химический состав сложных молекул был в основном уже известен, в то время имелись лишь ограниченные данные о физических и структурных связях между атомами. В течение года Дебай сосредоточил свое внимание на распределении электрических зарядов в атомах и молекулах. Особый интерес он проявил к полярности (ориентации положительных и отрицательных зарядов) и обнаружил, что знание степени полярности (дипольного момента молекулы и составляющих ее атомов) позволяет оценить относительное расположение химически соединенных атомов. Дебай также пересмотрел квантовую теорию Эйнштейна об удельной теплоемкости (количество энергии, необходимой для поднятия температуры вещества на 1 °С) и вывел формулу для вычисления ассоциативной температуры, которую сейчас называют температурой Дебая.

В 1912 г. Дебай перешел в Утрехтский университет в Нидерландах, а через два года стал профессором теоретической физики Гёттингенского университета, где и оставался на протяжении следующих шести лет. В течение этого времени в молекулярных исследованиях Дебая появляется новое направление, основанное на недавнем открытии Макса фон Лауэ, гласящем, что рентгеновские лучи, проходя через кристаллы, дифрагируют или отклоняются в зависимости от природы исследуемого образца. Зная, что длины волн рентгеновских лучей достаточно малы для измерения расстояния между атомами в молекуле, Дебай продемонстрировал взаимосвязь между дифрагированными пучками и тепловым движением атомов в кристаллах. Решение появилось в 1916 г., когда, работая с Паулем Шеррером, он понял, что даже в порошке мельчайших или неидеальных кристаллов достаточное количество кристаллов располагается таким образом, что полученные данные дифракции рентгеновских лучей могут охарактеризовать молекулярную структуру этих кристаллов. Совместно с Шеррером он и разработал метод исследования структуры мелкокристаллических материалов с помощью дифракции рентгеновских лучей (метод Дебая - Шеррера).

В 1920 г. Дебай вернулся в Швейцарию, где занял престижный пост директора Физического института при Федеральном технологическом институте, являясь также профессором физики Цюрихского университета. В течение следующих нескольких лет он внес фундаментальный вклад в изучение сильных электролитов, веществ, которые распадаются в растворах на положительные и отрицательные ионы. Созданная им совместно с Эрихом Хюккелем теория, опубликованная в 1923 г. (теория Дебая - Хюккеля), позволяет математически точно рассчитать ионную силу растворов сильных электролитов. В том же 1923 г. Дебаем была разработана теория комптоновского эффекта (названного в честь Артура Х. Комптона), обеспечивающая дополнительное доказательство волново-корпускулярной природы света. Между 1927 и 1934 гг. Дебай в Лейпцигском университете изучал дифракцию рентгеновских лучей при измерении межатомных расстояний в газах и продолжал исследования дипольной теории и электролитов. Затем он перешел в Берлинский университет, где под его контролем создавался Институт физики кайзера Вильгельма (ныне Институт Макса Планка). Здесь он использовал электролиты в дифракционных работах с газами. кристалл твердое тело теплоемкость дебай эйнштейн

В 1936 г. Дебай был награжден Нобелевской премией по химии «за вклад в наше понимание молекулярной структуры в ходе исследований дипольных явлений и дифракции рентгеновских лучей и электронов в газах». К теоретической значимости его открытий позднее добавились работы, с помощью которых были существенно улучшены методы производства взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, красителей и других химических реагентов.

Хотя ему были даны гарантии, что он, являясь гражданином Нидерландов, может работать в Берлине, в 1939 г. Дебай был уволен из лаборатории по причине отсутствия немецкого гражданства. Возмущенный этим решением, Дебай поехал читать Бейкеровские лекции в Корнеллский университет в Итаку (штат Нью-Йорк), и остался там, вскоре став деканом химического факультета. В результате его работ в Корнеллском университете и лабораториях компании «Белл» были разработаны новые способы расчета размеров молекул сложных полимеров.

В 1946 г. Дебай получил американское гражданство. В 1952 г. он подал в отставку в Корнеллском университете, где ему присудили звание почетного профессора. Но и после этого он продолжал свои исследования с полимерами. Кроме чтения лекций, он в 1960 г. уделял много времени организации Научно-технологического института при Мичиганском университете.

В 1914 г. Дебай женился на Матильде Альберер, и имел двоих детей - сына (род. 1916) и дочь (род. 1921). Его студенты и коллеги знали, как дружелюбно и внимательно он относился ко всем, ценили его как прекрасного лектора. В свободное время Дебай увлекался рыбалкой, альпинизмом, зоологией. Он умер 2 ноября 1966 г. в Итаке от сердечного приступа.

Кроме Нобелевской премии, Дебай был удостоен многих наград и премий. Ему были вручены медаль Румфорда Лондонского королевского общества (1930), медаль Х. Лоренца Королевской академии наук и искусств Нидерландов (1935), медаль Франклина Франклиновского института (1937), медаль Дж. Уилларда Гиббса (1949) и медаль Дж. Пристли Американского химического общества (1963). Ему также были присуждены почетные ученые степени Гарвардского университета, Бруклинского политехнического института, Университета св. Лаврентия, Колгейтского университета, Федерального цюрихского технологического института, Бостонского колледжа, Оксфордского университета и университетов Брюсселя, Льежа и Софии. Он был членом Лондонского королевского общества, Американского физического общества, Американского химического общества, Американского философского общества, Франклиновского института, Королевской академии наук и искусств Нидерландов, Брюссельского научного общества, Академий наук Гёттингена, Мюнхена, Берлина, Бостона и Вашингтона. Был иностранным членом АН СССР.

Глава 2. Твердые тела. Структура твердых тел

Твёрдые тела - это металлы и диэлектрики, без которых немыслима электротехника, это - полупроводники, лежащие в основе современной электроники, магниты, сверхпроводники, конструкционные материалы. Твёрдое тело состоит из миллиарда частиц, которые взаимодействуют между собой. Это обусловливает появление определённого порядка в системе и особых свойств всего количества микрочастиц. Так, коллективные свойства электронов определяют электропроводность твёрдых тел, а способность тела поглощать тепло - теплоёмкость - зависит от характера коллективных колебаний атомов при тепловом движении. Коллективные свойства объясняют все основные закономерности поведения твёрдых тел.

К физическим свойствам твердых тел относятся механические, тепловые, электрические, магнитные и оптические свойства. Их изучают, наблюдая, как ведет себя образец при изменении температуры, давления или объема, в условиях механических напряжений, электрических и магнитных полей, температурных градиентов, а также под воздействием различных излучений - света, рентгеновских лучей, пучков электронов, нейтронов и т.п.

2.1 Структура

Твердое тело состоит из атомов. Само его существование указывает на наличие интенсивных сил притяжения, связывающих атомы воедино, и сил отталкивания, без которых между атомами не было бы промежутков. В результате таких взаимодействий атомы твердого тела частично теряют свои индивидуальные свойства, и именно этим объясняются новые, коллективные свойства системы атомов, которая называется твердым телом. Структура твёрдых тел многообразна. Тем не менее, их можно разделить на два больших класса: кристаллы и аморфные тела.

2.2 Кристаллические тела

Кристаллы - это твёрдые тела, атомы или молекулы которых занимают определённые, упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани.

Кристаллы - это твёрдые тела, частицы которых располагаются в строгом порядке, образуя пространственные периодически повторяющиеся структуры.

Точнее, частицы колеблются около определенных положений равновесия. Если их мысленно соединить прямыми линиями, то получается своего рода «скелет» кристалла. Такое изображение кристалла называется кристаллической решеткой.

Чаще всего кристаллическая решетка строится из ионов (положительно и отрицательно заряженных атомов), которые входят в состав молекулы данного вещества. Например, решетка поваренной соли содержит ионы Na+ и Cl? . Такие кристаллы называются ионными.

Строгая периодичность в расположении атомов приводит к сохранению порядка на больших расстояниях (в таком случае говорят, что имеется дальний порядок). А как геометрически правильна форма снежинки! В ней также отражена геометрическая правильность внутреннего строения кристаллического твёрдого тела - льда.

Однако, правильная внешняя форма не единственное и даже не самое главное следствие упорядоченного строения кристалла. Главное - это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления. Прежде всего, бросается в глаза различная механическая прочность кристаллов по разным направлениям.

Многие кристаллы по-разному проводят теплоту и электрический ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов. Так, кристалл кварца по-разному преломляет свет в зависимости от направления падающих на него лучей.

Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла называют анизотропией. Все кристаллические тела анизотропные.

Кристаллическую структуру имеют металлы. Именно металлы преимущественно используются в настоящее время для изготовления орудий труда, различных машин и механизмов.

Если взять сравнительно большой кусок металла, то на первый взгляд его кристаллическая структура никак не проявляется ни во внешнем виде куска ни в его физических свойствах. Металлы в обычном состоянии не обнаруживают анизотропии.

Дело здесь в том, что металл обычно состоит из огромного количества сросшихся друг с другом кристалликов. Под микроскопом или даже с помощью лупы их нетрудно рассмотреть, особенно на свежем изломе металла. Свойства каждого кристаллика зависят от направления, но кристаллики ориентированны по отношению друг к другу беспорядочно. В результате в объёме, значительно превышающем объём отдельных кристалликов все направления внутри металлов равноправны и свойства металлов одинаковы по всем направлениям.

Твёрдое тело, состоящее из большого числа маленьких кристалликов, называют монокристаллами.

2.3 Аморфные тела

У аморфных тел нет строгого порядка в расположении атомов. Только ближайшие атомы - соседи располагаются в некотором порядке. Но строгой направляемости по всем направлениям одного и того же элемента структуры, которая характерна для кристаллов в аморфных телах, нет.

Часто одно и то же вещество может находиться как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии. Например, кварц SiO2, может быть как в кристаллической, так и в аморфной форме (кремнезем). Кристаллическую форму кварца схематически можно представить в виде решётки из правильных шестиугольников. Аморфная структура кварца также имеет вид решётки, но неправильной формы. Наряду с шестиугольниками в ней встречаются пяти и семиугольники.

В 1959 г. английский физик Д. Бернал провёл интересные опыты: он взял много маленьких пластилиновых шариков одинакового размера, обвалял их в меловой пудре и спрессовал в большой ком. В результате шарики деформировались в многогранники. Оказалось, что при этом образовывались преимущественно пятиугольные грани, а многогранники в среднем имели 13,3 грани. Так что какой-то порядок в аморфных веществах определённо есть.

Свойства Аморфных тел. Все аморфные тела изотропные, т.е. их физические свойства одинаковы по всем направлениям. К аморфным телам относятся стекло, смола, канифоль, сахарный леденец и др.

При внешних воздействиях аморфные тела обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно твёрдым телам, и текучесть, подобно жидкости. Так, при кратковременных воздействиях (ударах) они ведут себя как твёрдые тела и при сильном ударе раскалываются на куски. Но при очень продолжительном воздействии аморфные тела текут. Проследим за куском смолы, который лежит на гладкой поверхности. Постепенно смола по ней растекается, и, чем выше температура смолы, тем быстрее это происходит.

Атомы или молекулы аморфных тел, подобно молекулам жидкости, имеют определённое время “осёдлой жизни” - время колебаний около положения равновесия. Но в отличие от жидкостей это время у них весьма велико. Так, для вара при t = 20oC время “осёдлой жизни” 0,1 с. В этом отношении аморфные тела близки к кристаллическим, так как перескоки атомов из одного положения равновесия в другое происходят редко.

Аморфные тела при низких температурах по своим свойствам напоминают твёрдые тела. Текучестью они почти не обладают, но по мере повышения температуры постепенно размягчаются и их свойства всё более и более приближаются к свойствам жидкостей. Это происходит потому, что с ростом температуры постепенно учащаются перескоки атомов из одного положения в другое. Определённой температуры тел у аморфных тел, в отличие от кристаллических, нет.

Аморфные тела занимают промежуточное положение между кристаллическими твёрдыми телами и жидкостями. Их атомы или молекулы располагаются в относительном порядке. Понимание структуры твёрдых тел (кристаллических и аморфных) позволяет создавать материалы с заданными свойствами.

Глава 3. Теории теплоёмкости твёрдых тел

3.1 Классическая модель

В основе классической теории теплоемкости твердых тел (кристаллов) лежит закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Твердое тело рассматривают как систему N независимых друг от друга атомов, имеющих по три колебательных степени свободы. На каждую из них приходится в среднем энергия кT (кТ/2 в виде кинетической и кТ/2 в виде потенциальной). Имея в виду, что число колебательных степеней свободы равно 3N, получим, что внутренняя энергия одного моля атомов U = SN_А kT =3RT. Отсюда молярная теплоемкость

С = dU/dT = ЗR.

В этом суть закона Дюлонга и Пти, который утверждает, что молярная теплоемкость всех химически простых твердых тел одинакова и равна ЗR. Этот закон выполняется достаточно хорошо только при сравнительно высоких температурах. Опыт показывает, что при низких температурах теплоемкость тел убывает , стремясь к нулю при Т> 0 по закону С T³ .

3.2 Квантовая теория теплоёмкостей Эйнштейна

Квантовая теория теплоёмкостей Эйнштейна ? была создана Эйнштейном в 1907 году, при попытке объяснить экспериментально наблюдаемую зависимость теплоемкости от температуры.

При разработке теории Эйнштейн опирался на следующие предположения:

Атомы в кристаллической решетке ведут себя как гармонические осцилляторы, не взаимодействующие друг с другом.

Частота колебаний всех осцилляторов одинакова.

Число осцилляторов в 1 моле вещества равно 3N_a, где N_a - число Авогадро.

Энергия их квантована: ,

Число осцилляторов с различной энергией определяется распределением больцмана

Внутренняя энергия 1 моля вещества:

.

находится из соотношения для среднего значения:

и составляет:

,

отсюда:

.

Определяя теплоёмкость как производную внутренней энергии по температуре, получаем окончательную формулу для теплоёмкости:

.

Согласно модели, предложенной Эйнштейном, при абсолютном нуле температуры теплоёмкость стремится к нулю, при больших температурах, напротив, выполняется закон Дюлонга-Пти.

Недостатки теории

Расхождение теорий Эйнштейна и Дебая, однако теория Эйнштейна недостаточно хорошо согласуется с результатами экспериментов в силу неточности некоторых предположений Эйнштейна, в частности, предположения о равенстве частот колебаний всех осцилляторов. Более точная теория была создана Дебаем в 1912 году.

3.3 Квантовая теория теплоёмкостей Дебая

Содержит наиболее полное описание и хорошо согласуется с экспериментом. В термодинамике и физике твёрдого тела модель Дебая -- метод, развитый Дебаем в 1912 г. для оценки фононного вклада в теплоёмкость твёрдых тел. Модель Дебая рассматривает колебания кристаллической решётки как газ квазичастиц -- фононов. Эта модель правильно предсказывает теплоёмкость при низких температурах, которая пропорциональна T³. В пределе высоких температур теплоёмкость стремится к 3R, согласно закону Дюлонга -- Пти.

При тепловом равновесии энергия E набора осцилляторов с различными частотами равна сумме их энергий:

где D(щ) -- число мод нормальных колебаний на единицу длины интервала частот, n(щ) -- количество осцилляторов в твёрдом теле, колеблющихся с частотой щ.

Функция плотности D(щ) в трёхмерном случае имеет вид:

где V -- объём твёрдого тела, v -- скорость звука в нём.

Значение квантовых чисел вычисляются по формуле Планка:

Тогда энергия запишется в виде

где T_D -- температура Дебая, N -- число атомов в твёрдом теле, k_B -- постоянная Больцмана.

Дифференцируя внутреннюю энергию по температуре получим:

3.4 Фононы

Ситуация, в которой кристалл, объем которого заполнен стоячими упругими волнами - квантовыми осцилляторами, аналогична той, которую мы имели в случае полости, заполненной электромагнитными квантовыми осцилляторами.

Там, по идее Эйнштейна, оказалось возможным представить электромагнитное излучение в полости в виде фотонного газа.

Упругие колебания (осцилляторы) в кристалле имеют квантовые свойства, проявляющиеся в том, что существует наименьшая порция -- квант энергии с частотой v. Это позволяет сопоставить упругой волне с частотой v квазичастицы -- фононы, распространению которых со скоростью v соответствует упругая волна.

Введение понятия фонона, как выяснилось, является плодотворным приемом, значительно облегчающим рассуждения. Оно также весьма эффективно в математическом отношении, так как математические приемы вычисления различных величин, связанных с фононами, аналогичны соответствующим вычислениям, относящимся к фотонам.

Фонон характеризуют энергией е и импульсом р:

е = hv, р = hv/v,(7)

где v -- скорость фонона (скорость волны), v -- его частота. Импульс имеет направление, совпадающее с направлением распространения упругой волны.

Импульс фотона обладает своеобразными свойствами: при взаимодействии фононов друг с другом их импульс может дискретными порциями передаваться кристаллической решетке и, следовательно, не сохраняться. В связи с этим импульс фотона называют квазиимпульсом.

Таким образом, подобно тому, как квантование электромагнитных волн приводит к фотонам, квантование упругих волн -- к фононам.

Выяснилось, что фонону следует приписать спин, равный нулю. Значит фононы -- это бозоны и подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна. Фононы могут рождаться и исчезать, при этом число их не сохраняется (оно зависит от температуры Т), поэтому для фононного газа химический потенциал µ = 0, и функция f заполнения фазовых ячеек определяется формулой:

hн_макс = kи.

3.5 Модель Дебая

Дебай предложил модель существования непрерывного спектра частот (строго для низких частот, для тепловых колебаний - фононов) вплоть до некой максимальной. Функция распределения по частотам гармонических осцилляторов имеет вид, где

c_l, c_t - скорости распространения продольных и поперечных волн колебаний. При частотах выше максимальной g = 0.



Площади под двумя кривыми должны быть одинаковыми. Реально существует некоторый спектр частот, кристалл неизотропен (обычно этим пренебрегают и полагают скорости распространения волн по направлениям одинаковыми). Может быть, что максимальная частота Дебая выше реально существующих, что следует из условия равенства площадей. Значение максимальной частоты определяется по условию, что полное число колебаний равно 3N (при этом пренебрегаем дискретностью энергии) и , с - скорость движения волны. Полагаем, что скорости c_l и c_t равны. Характеристическая температура Дебая Q_D = hn_м / k.

Введем х = hn/ kT. Средняя энергия колебаний тогда при максимальном

х_м = Q _D/ T

Второй член под интегралом даст Е нулевых колебаний Е_о = (9/8)NkQ_D и тогда колебательная энергия кристалла:

Так как U_o и Е_o не зависят от Т, то вклад в теплоемкость даст 2-й член в выражении для энергии.

Введем функцию Дебая

При высоких Т получим очевидное D(x) 1. Дифференцируя по х, получим .

При высоких Т предел C_V = 3Nk, а при низких: .

При малых Т верхний предел интегрирования стремится к бесконечности, E - E_o = 3Rp⁴T⁴/5Q_D³ и получим формулу для определения C_v при Т>0: где .

Заключение

Чёловечество всегда использовало, и будет использовать твёрдые тела. Но если раньше физика твёрдого тела отставала от развития технологии, основанной на непосредственном опыте, то теперь положение переменилось. Теоретические исследования приводят к созданию твёрдых тел, свойства которых совершенно необычны. Получить такие тела методом проб и ошибок было бы невозможно. Создание транзисторов, о которых пойдёт речь в дальнейшем, - яркий пример того, как понимание структуры твёрдых тел привело к революции во всей радиотехнике.

Получение материалов с заданными механическими, магнитными, электрическими и другими свойствами - одно из основных направлений современной физики твёрдого тела.

Петрус Йозефус Вильгельмус Дебай был выдающимся представителем голландской науки, многогранным ученым, издавшим множество трудов в областях математики, физики, химии.

Дебай развил представления о структуре конденсированного состояния: предложил модель твердого тела, согласно которой его внутренняя энергия определяется не колебаниями отдельных атомов, а стоячими волнами (фононами), которые имеют конечный диапазон частот, соответствующий числу степеней свободы; пересмотрел квантовую теорию Эйнштейна об удельной теплоемкости и вывел формулу для вычисления ассоциативной температуры, которую называют температурой Дебая, а также показал, что при низких температурах теплоемкость кристаллической решетки пропорциональна кубу абсолютной температуры; разработал теорию теплопроводности кристаллических диэлектриков, а также дипольную теорию диэлектриков, основанную на представлениях о молекулах как о жестких диполях; основываясь на открытии Макса фон Лауэ (Нобелевский лауреат по физике, 1914), что рентгеновские лучи, проходя через кристаллы, дифрагируют или отклоняются в зависимости от природы исследуемого образца, продемонстрировал взаимосвязь между дифрагированными пучками и тепловым движением атомов в кристаллах; предложил (1916) совместно с Паулем Шеррером (1890-1969) метод наблюдения дифракции рентгеновских лучей в кристаллических порошках (и жидкостях), нашедший применение в исследовании структуры молекул; в 1923 создал теорию комптоновского эффекта, (названного в честь Нобелевского лауреата по физике (1927) Артура Xолли Комптона), давшую дополнительное подтверждение корпускулярно-волновой природы света.

Дебай установил особенности структуры веществ в растворах: исследовал (с 1912) дипольные моменты молекул в растворах полярных и неполярных растворителей и создал теорию дипольных моментов; совместно с Эрихом Армандом Артуром Йозефом Хюккелем (1896-1980) разработал (1923) теорию сильных электролитов (теория Дебая - Хюккеля).

Дебай внес новые представления о структуре вещества в газовой фазе, измеряя межатомные расстояния с помощью дифракции рентгеновских лучей, используя электролиты.

К теоретической значимости его открытий позднее добавились работы, с помощью которых были улучшены методы производства взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, красителей и др. О его заслугах образно писал Лауэ: "Во многих областях химии и физики он вписал свое имя, которое никогда не будет забыто".

Список литературы

1. Фейнман Р.А., Лейтон Р.В. “Лекции по физике”.-Москва.ФОРУМ-ИНФРА-М, 2001г.

2. Холден А.О. “Основы современной физики твёрдого тела”. - М.,2003г.

3. Уэрт Ч.М., Томсон Р.В. “Физика твёрдого тела”. - Москва. АСАДЕМА,1998г.

4. Бушманов Б.Н., Хромов Ю.А. “Физики твёрдого тела”.- Москва “Высшая школа”, 1998г.

5. Детлаф А.А. “Курс физики”. - М., 2000г.

Размещено на Allbest.ru