Газета.Ru в Telegram
Новые комментарии +

Российские ученые обнаружили аномалии в изменении теплоемкости кристаллов

Российские ученые из МГТУ им. Н.Э. Баумана и Института физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН исследовали необычное увеличение теплоемкости кристаллов, которое проявляется, если между частицами действуют силы с ограниченным радиусом действия. Работа опубликована в The Journal of Chemical Physics. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда (РНФ).

Теплоемкость (поглощаемое количество теплоты при малом изменении температуры) вещества зависит от того, каким образом его частицы взаимодействуют друг с другом. Если связи между частицами сильные, как в кристаллах, то теплоемкость будет одна, если взаимодействие слабое, как в газах, — другая. Авторы статьи исследовали системы, в которых тип связи между частицами зависит от расстояния между ними. Такое взаимодействие встречается в кристаллах, составленных из коллоидных частиц (нерастворимых частиц в растворе) или макромолекул.

«Это могут быть шарики из оксида кварца с нарощенными на них «шубками» из полимеров. Если частицы оксида друг с другом не слипаются, то, когда контакта нет, частицы движутся свободно, а если они контактируют, то начинают упруго отталкиваться. Так и возникают эти силы с ограниченным радиусом действия», – пояснил ведущий научный сотрудник МГТУ им. Н.Э. Баумана Станислав Юрченко.

В подобных системах частицы отталкиваются друг от друга вблизи, но при удалении на некоторое расстояние перестают взаимодействовать, то есть система занимает промежуточное положение между двумя описанными типами кристаллов – взаимодействующих и невзаимодействующих частиц. Интуитивно кажется, что значение теплоемкости должно лежать между двумя значениями для этих типов, но оно может превышать заданную величину.

Рост теплоемкости происходит из-за того, что элементы системы с таким сложным характером взаимодействия постоянно переходят из одного состояния в другое: частицы сближаются и удаляются в процессе теплового движения. Аномалию авторы работы объясняют конкуренцией двух эффектов. Они проявляются, когда частицы почти не взаимодействуют друг с другом, как в кристалле твердых сфер, и когда частицы постоянно находятся в упругом контакте между собой.

Описанный механизм может объяснить и замеченные раньше случаи, когда теплоемкость превышает заданную величину, например, у свинца вблизи температуры плавления и у аргона. В своей работе ученые описали аномалии на основе результатов симуляций и теоретических исследований, экспериментов для его проверки и уточнения пока не проводилось.

Работа важна для лучшего понимания динамики в различных средах, таких как макромолекулярные и коллоидные кристаллы.

«Наблюдаемые свойства кристаллов диктуются их динамикой, а она, в свою очередь, определяется взаимодействием между частицами. То, что мы увидели — это новый класс аномалий. Мы надеемся, что это будет полезно тем, кто занимается физикой кристаллов, изучением их динамики и тепловых свойств», — добавил Станислав Юрченко.

По словам соавтора статьи академика Вадима Бражкина, на его памяти «это одна из немногих работ, которая сделана на таком высоком уровне и в столь сжатые сроки. Более того, это одна из редких публикаций, которая с первого раза получила полностью положительные отзывы рецензентов, вообще не содержащие замечаний».

«Это говорит о хорошем уровне и высоком потенциале молодежной группы из МГТУ», – добавил академик.

Новости и материалы
В Госдуме предложили штрафовать пассажиров при ДТП
Генсек СНГ оценил шансы содружества создать замену SWIFT
Украинцам порекомендовали готовиться к отключениям электроэнергии
МОК обвинили в сектантстве
Живущая в Дубае дочь Заворотнюк рассказала, от чего отказалась ради здоровья
Польша приостановила участие в Договоре об обычных вооруженных силах в Европе
35-летний мужчина умер после того, как всю ночь спасал людей из «Крокуса»
Стало известно, что люди заражают животных вирусами вдвое чаще, чем наоборот
Экономист допустил сокращение доли финансово неустойчивых семей в России
Набиуллина рассказала, как проявится эффект повышения ключевой ставки
В деловом центре «Москва-Сити» проходят обыски у криптообменников
В Чечне назвали фейком письмо Кадырова о строительстве мечети на месте «Крокуса»
На Украине петиция об ограничении онлайн-казино набрала необходимые подписи
Длительное грудное вскармливание снижает риск развития рака у детей
«Филадельфия» объявила о переходе российского хоккеиста
В Белгороде во время атаки со стороны ВСУ погиб мужчина
Сын Никулина оценил «воскрешение» отца с помощью нейросети
Гаджиев объяснил, благодаря чему Петр Ян снова сможет побороться за чемпионский титул
Все новости