金屬比熱容是溫度的函數,一般情況下,金屬的比熱容隨溫度升高而增加,在低溫時增加較快,在高溫時增加較慢。
金屬比熱容
specific heat of metals
金屬比熱容
單位質量金屬的熱容。金屬由構成
點陣的金屬離子及大量
自由電子組成。大量實驗事實表明,金屬的比熱容僅與金屬離子的振動有關,自由電子對比熱容無貢獻,只有在極低溫度下才需考慮自由電子的貢獻。經典的
金屬電子論不能解釋這點,因為按經典理論,自由電子與金屬離子處於熱平衡狀態,自由電子與金屬離子一樣,每個自由度均分到1/2kT的能量,溫度改變時自由電子能量也要改變,因而對比
熱容應有貢獻。按
量子理論,金屬中的自由電子不同於經典氣體,首先,電子能量不能連續取值,只能佔據離散能級,根據
泡利不相容原理,每個能級最多只能容納自旋相反的兩個電子;其次,電子按能量的分佈不遵守經典的麥克斯韋-玻爾茲曼分佈,而是遵守
費米-狄拉克統計分佈。圖中實線為T=0時的分佈曲線,虛線為低溫時的分佈曲線。T=0時所有電子佔滿了能量小於EF的能級,而能量大於EF的能級全空著。在動量空間中畫出E的封閉等能面,稱為
費米面。在
絕對零度時,所有電子的能量均在費米面所包的區域內。T≠0時,在任何溫度下只有靠近
費米能級(E≈EF)的電子才有可能熱激發到較高的空能級。較低能級上的電子要激發到空能級需要很大的能量,在常溫下不可能實現(E遠大於熱運動能kT),因而對比熱容無貢獻。在極低溫度下,金屬離子對比熱容的貢獻很小(見固體比熱容),自由電子的熱激發造成的比熱容就不能忽略。1928年A.索末菲根據費米-狄拉克統計計算了自由電子對比熱容的貢獻,得出了符合實際的結果。
常見金屬的比熱容:
銀 0.24
鋁 0.88
鐵、鋼 0.46
銅 0.39
汞 0.14
鉛 0.13
鋅 0.39
單位:KJ/Kg.攝氏度。