材料の熱的性質

グリュナイゼンの関係によれば、固体の体膨張係数はおよそ定積比熱に比例する。絶対零度に近い低温での絶縁体の線膨張係数についての説明として正しいものはどれか。

  1. A温度が下がっても、室温とほぼ同じ値を保つ
  2. B温度が下がるほど大きくなり、絶対零度で最大になる
  3. C比熱と同じように温度とともに小さくなり、絶対零度で0に近づく
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正解:C. 比熱と同じように温度とともに小さくなり、絶対零度で0に近づく

グリュナイゼンの関係 β = γC_v/(BV)(β は体膨張係数、γ はグリュナイゼン定数、C_v はモル定積比熱、B は体積弾性率、V はモル体積)により、熱膨張係数は比熱とほぼ同じ温度依存性を示します。デバイ温度より十分低い温度では比熱が T³ に比例して小さくなるので、絶縁体の線膨張係数も T³ に比例して0に近づきます。熱膨張は振動の非調和性から生じるので、振動がほとんど励起されない極低温では膨張も起こりにくくなります。室温の値を極低温までそのまま使うと、冷却による収縮を大きく見積もりすぎます。デバイ温度より高い温度では比熱がほぼ一定なので、線膨張係数もほぼ一定になります。

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