7.6. Недостатки теории Дебая

Из сказанного выше следует, что искусственно построенная Дебаем теория

теплоёмкости твёрдых тел является ошибочной, так как заранее предполагает существование всех упругих колебаний, т.е. учитывает и те упругие колебания, которые в принципе не могут быть в нём возбуждены. Исключение же этих упругих колебаний из рассмотрения приводит к абсурду: число оставшихся упругих колебаний оказывается значительно больше, чем , что говорит о том, что число упругих колебаний найдено Дебаем неверно. Дебаевская теории твёрдых тел не позволяет найти ни свободную энергию, ни энтропию твёрдых тел. Эта же теория не даёт возможности найти уравнение состояния твёрдых тел как при низких, так и при высоких температурах. Невозможно также создать теорию твёрдых тел без понятия фонона как некоторой квазичастицы – кванта упругого поля, введённого только в 1930 г. Важными также являются и установленные законы однокомпонентных открытых равновесных систем в работах [1], [2], без которых объяснить вырождение идеального фононного газа нельзя [26], а понятие теплоёмкости при постоянном объёме в вырожденных термодинамических системах следует вообще исключить из рассмотрения и ввести вместо него понятие плотности теплоёмкости. Следовательно, найденная Дебаем при низких температурах теплоёмкость при постоянном объёме для твёрдых тел на самом деле не существует. Сам Дебай не выяснил физического смысла введённой им температуры . Однако из пункта 6.19 следует, что температуры вырождения ряда твёрдых тел очень близки к их дебаевским температурам ( ). Физический смысл температуры вырождения идеального фононного газа аналогичен физическому смыслу, данному в пункте 2.8 для идеального бозе-газа: это температура, при которой уже не существует ни одного фонона с энергией .

8. Теория равновесных двухфазных однокомпонентных объёмных термодинамических систем

8.1 Равновесная двухфазная однокомпонентная объёмная система как открытая система

Рассмотрим равновесную двухфазную однокомпонентную объёмную систему (фазовый переход первого рода), например, жидкость – насыщенный пар данной жидкости. При равновесном процессе, происходящем в данной однокомпонентной двухфазной объёмной системе, фазы обмениваются друг с другом частицами, т.е. каждая из фаз является открытой системой. Можно, например, считать открытой системой жидкую фазу (первую фазу), которая обменивается частицами с газообразной (второй фазой), и записать для неё уравнение состояния (1.3)

(8.1)

Наоборот, можно считать открытой системой газообразную фазу, которая при равновесном процессе, происходящем в ней, обменивается частицами с жидкой фазой. Тогда для второй фазы имеем её уравнение состояния

(8.2) Известно, что кривая равновесия двухфазной однокомпонентной объёмной системы (уравнение состояния двухфазной однокомпонентной равновесной объёмной системы) одна, и она одновременно принадлежит как первой, так и второй фазам. Поэтому имеем

(8.3)

Из (8.3) следует, что несмотря на то, что двухфазная однокомпонентная равновесная объёмная система в целом является закрытой системой , она ведёт себя как открытая система [36], [37]. Заметим, что согласно теории открытых объёмных систем (пункт 1.5), уравнение (8.3) является в то же время и уравнением единственного равновесного процесса, который можно осуществить в двухфазной однокомпонентной равновесной объёмной системе.