Курс общей физики. Механика и молекулярная физика - Ландау Л.Д.
Скачать (прямая ссылка):
ЕСТЕСТВЕННАЯ ОГРАНКА КРИСТАЛЛА
157
может кристаллизоваться в виде октаэдров. Плоскость же (001) (грань куба на рис. 24) усеяна чередующимися в обоих направлениях ионами разных знаков; поэтому NaCl может кристаллизоваться в виде кубиков.
Напротив, в решетке CsCl (рис. 25) плоскости (100) содержат в себе ионы одного знака; поэтому это вещество не может кристаллизоваться в виде кубиков.
Характер внешней огранки кристаллов, как и всякое их макроскопическое свойство, связан с кристаллическим классом. Поэтому изучение формы естественных кристаллов дает, в принципе, возможность установления класса его симметрии. На практике это может затрудняться неправильностями формы, связанными с теми или иными случайными условиями, в которых происходило выращивание кристалла. Дополнительные указания в этом направлении может дать искусственное образование новых поверхностей путем травления — воздействия на грань кристалла каким-либо растворителем. Глава VII
ТЕПЛОТА
§ 50. Температура
Во всех существующих в природе телах происходит постоянное движение составляющих эти тела частиц. Это движение универсально: движутся молекулы, движутся атомы внутри молекулы. Его характерной чертой является беспорядочность, которой оно всегда обладает в той или иной степени.
Об этом движении говорят как о тепловом движении. В нем заключена природа теплоты и тепловых явлений.
Хотя обычно, говоря о тепловом движении, имеют в виду движение, происходящее в атомных (или, как говорят в этой связи, микроскопических) масштабах, но ему подвержены также и частицы больших, макроскопических, масштабов. Хорошо известным примером этого рода является так называемое броуновское движение — хаотическое движение взвешенных в жидкости мелких пылинок, которое можно наблюдать через микроскоп.
Если привести в соприкосновение два тела, то атомы этих тел, сталкиваясь между собой, будут передавать друг другу энергию. Таким образом, при соприкосновении двух тел энергия переходит от одного тела к другому; тело, которое при этом теряет энергию, называют более нагретым, а тело, к которому энергия переходит,— менее нагретым. Такой переход энергии продолжается до тех пор, пока не установится некоторое определенное состояние — состояние теплового равновесия.
Для характеристики степени нагретости тел служит понятие температуры. Количественное определение этой величины можно было бы, в принципе, дать путем использования любого зависящего от степени нагретости свойства тел. Можно было бы, например, определить шкалу темпера- § 50]
ТЕМПЕРАТУРА
159
туры просто объемом ртутного столбика, находящегося в тепловом равновесии с данным телом. Ясно, однако, что такая температурная шкала, будучи полностью произвольной, не может иметь никакого сколько-нибудь глубокого физического смысла; определенная таким образом температура была бы крайне неудобной при количественном описании любых других тепловых явлений. Необходимо, следовательно, прежде всего установить температурную шкалу, обладающую физическим смыслом, а не связанную со случайным характером того или иного вещества, скажем ртути и стекла, из которого сделан заключающий ртуть сосуд.
В физике в качестве температурной шкалы пользуются так называемой термодинамической или абсолютной шкалой, глубоко связанной с наиболее общими тепловыми свойствами всех тел. Ее точное определение не может быть дано здесь, так как оно требовало бы выходящего за рамки этой книги теоретического анализа тепловых явлений. Вместо этого мы охарактеризуем эту шкалу по некоторым ее «вторичным» свойствам.
Ясно, что физическое определение температуры должно основываться на такой физической величине, характеризующей состояние тела, которая была бы автоматически одинаковой у любых двух тел, находящихся в тепловом равновесии друг с другом. Оказывается, что этим замечательным свойством обладает средняя кинетическая энергия поступательного движения частиц (молекул или атомов) тела. Если эти средние значения энергии для частиц двух тел одинаковы, то хотя при соприкосновении этих тел отдельные их частицы и будут обмениваться в ту или другую сторону энергией, но никакого суммарного перехода энергии из одного тела в другое происходить не будет.
По этой причине средняя кинетическая энергия поступательного движения частиц внутри тела и может быть выбрана в качестве мерила температуры. Принято определять температуру T как 2/3 от этой энергии
Здесь т — масса, v — скорость частицы, а черта над выражением означает, что должно быть взято его среднее 160
ТЕПЛОТА
[гл. VII
значение (среднее значение можно понимать как среднее по значениям энергии различных частиц тела в один и тот же момент времени либо как среднее по значениям энергии одной и той же частицы в различные моменты времени — оба эти определения совершенно эквивалентны).
Согласно данному определению температура имеет размерность энергии, а потому может измеряться в тех же единицах, что и энергия, например в эргах. Как единица измерения температуры, однако, эрг оказывается крайне неудобным прежде всего потому, что энергия теплового движения частиц фактически ничтожна по сравнению с эргом. Кроме того, разумеется, непосредственное измерение температуры как энергии частиц было бы практически вообще очень затруднительным.
