溫度的影響
金屬比熱容是溫度的函式,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。
概述
金屬比熱容
specific heat of metals
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，只能占據離散能級，根據泡利不相容原理，每個能級最多只能容納自鏇相反的兩個電子；其次，電子按能量的分布不遵守經典的麥克斯韋-玻耳茲曼分布，而是遵守費米-狄拉克統計分布。圖中實線為T=0時的分布曲線，虛線為低溫時的分布曲線。T=0時所有電子占滿了能量小於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
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
