Llei de Dulong-Petit
El calor específica dels sòlits (igual que el dels gasos i líquits) és funció creixent de la temperatura, tendint a zero quan esta s'aproxima als 0 K. El creiximent d'esta calor a partir de 0 K és inicialment molt ràpit, fent-se despuix més llent fins que s'alcança una temperatura que pot correspondre a la de fusió, a la de descomposició o a un canvi d'estructura.[1]
En 1819, els físics i químics francesos Pierre Louis Dulong (1785-1835) i Alexis Thérèse Petit (1791-1820) varen establir la llei que du els seus noms.[2]
|
Explicació
[editar | editar còdic]Entenem per calor atòmica la calor intercanviada per un àtom-gram de substància quan la seua temperatura varia un 1 K i és igual al producte de la massa atòmica de l'element per la seua calor específica. Com el número d'àtoms contingut en un àtom-gram de substància és el mateix (número de Avogadro) para tots els elements, es infiere que es requerix aproximadament la mateixa cantitat de calor per àtom per a produir el mateix aument de temperatura en tots els sòlits. En atres paraules, la calor necessària per a elevar la temperatura d'una certa massa de sòlit depén solament del número d'àtoms continguts en ella, sent independent de la massa de cada u d'ells.
El resultat és extremadament simple; sense importar el tipo de sòlit cristalí, la calor específica (medit en joule per kelvin i per quilogram) és 3R/M, a on R és la constant universal dels gasos ideals (mida en joule per kelvin i per mol) i M és la massa molar (mida en quilogram per mol). Lo que és equivalent a dir que la capacitat calorífica adimensional és igual a 3.
La llei de Dulong i Petit es complix tant millor quant més elevada és la temperatura, accentuant-se la discrepància en els resultats experimentals a mida que disminuïx la temperatura; estes discrepàncies només poden explicar-se en el marc de la Física Quàntica. Aixina que, la llei de Dulong i Petit constituïx realment una llei llímit, en el sentit de que el valor de 25 J/(mol·K) és el valor a que tendixen les calors atòmiques dels sòlits a mida que aumenta la temperatura; no obstant, a la temperatura ordinària ya s'alcança un valor pròxim a les 6 calç/(mol·K) per a la majoria dels elements. Pel contrari, hi ha elements (v.g., el carbono) que requerixen temperatures molt altes per a acostar-se a eixe valor (per al carbono, la calor atòmica val 5.3 calç/(mol·K) a la temperatura de 1170 °C).
Podem conseguir que les calors atòmiques dels diferents sòlits vengen expressats per una mateixa funció c=c(T) sense més que reajustar l'escala de temperatures. Per a això, expressarem la calor atòmica en funció del cocient T/TD, a on TD és una temperatura característica de cada substància sòlida, denominada temperatura de Debye. Esta temperatura està relacionada en la freqüència de vibració característica dels àtoms del sòlit en la seua ret cristalina. L'excelent acort conseguit en molts casos entre la teoria de Debye i els resultats experimentals va constituir, en el seu dia, un èxit de la Mecànica Quàntica.
Aplicacions
[editar | editar còdic]Qualsevol alteració en la distribució espacial dels ions, àtoms o molècules en un cristal, i.i., qualsevol alteració en l'estructura cristalina d'un sòlit, provoca variacions en la seua calor específica i, per tant, en la seua calor atòmica. Per este motiu, l'estudi de les discontinuïtats o anomalies en les calors específiques constituïx un método d'exploració que permet detectar a sovint canvis d'estructura o transicions electròniques, atòmiques o moleculars. Aixina, en estudiar la variació de la calor específica del sofre en funció de la temperatura, s'observa que la seua calor específica pansa de 0.745 a 0.779 J/(g·K) a la pressió atmosfèrica normal i 95.6 °C, lo que correspon a una transformació entre les formes alotrópicas α i β del sofre. De la mateixa manera, una discontinuïtat en la calor específica del tàntal a molt baixa temperatura permet detectar un trànsit entre un estat superconductor a un atre normal per a T = 4.39 K.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Ortega & Ibáñez (2003). Lliçons de Física(Termofísica). ISBN 84-404-4291-2
- ↑ Simon (2013). «2 - Specific Heat of Solids: Boltzmann, Einstein, and Debye», The Oxford Solid State Basics (en en), Oxford: Oxford University Press, pp. 7-15. OCLC 958181750. ISBN 9780199680764.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Ley de Dulong-Petit» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.