Закон Дюлонга — Пти

Закон Дюлонга — Пти (закон Дюлонга и Пти, закон постоянства теплоёмкости) — эмпирический закон, согласно которому молярная теплоёмкость простых твёрдых тел при комнатной температуре близка к 3R:

C_v = 3R,

где R — универсальная газовая постоянная.

Закон выводится в предположении, что кристаллическая решётка тела состоит из атомов, каждый из которых совершает гармонические колебания в трёх направлениях, определяемыми структурой решётки, причём колебания по различным направлениям абсолютно независимы друг от друга. При этом получается, что каждый атом представляет три осциллятора с энергией E, определяемой следующей формулой:

E = kT.

Формула вытекает из теоремы о равнораспределении энергии по степеням свободы. Так как каждый осциллятор имеет одну степень свободы, то его средняя кинетическая энергия равна K = kT/2, а так как колебания происходят гармонически, то средняя потенциальная энергия равна средней кинетической, а полная энергия — соответственно их сумме. Число осцилляторов в одном моле вещества составляет 3N_a, производная их суммарной энергии по абсолютной температуре равна теплоёмкости твёрдого тела; отсюда и вытекает закон Дюлонга — Пти.

Приведём таблицу экспериментальных значений молярной теплоёмкости ряда химических элементов для нормальных температур:

Данный закон выведен из классических представлений и с определённой точностью справедлив лишь для нормальных температур (примерно от 15 °C до 100 °C).

Зависимость теплоёмкости от температуры в широком диапазоне температур объясняется в моделях Эйнштейна и Дебая.

При этом модель Дебая содержит наиболее полное описание и хорошо согласуется с экспериментом.

Замечание

Из закона Дюлонга — Пти следует, что все молярные теплоёмкости в таблице выше должны были бы быть равны

3R = 5,957623818 кал/(моль∙К) = 24,9433794 Дж/(моль∙К).