Հալման ջերմաստիճան

Հալման ջերմաստիճան կամ հալման կետ, ջերմաստիճան, որի դեպքում պինդ բյուրեղային նյութը անցում է կատարում հեղուկ վիճակի և ընդհակառակը (սովորաբար համընկնում է բյուրեղացման աստիճանի հետ)։ Հալման ջերմաստիճանում նյութը կարող է գտնվել ինչպես հեղուկ, այնպես էլ պինդ վիճակում։ Լրացուցիչ ջերմաքանակի դեպքում պինդ նյութը կվերածվի հեղուկի, այդ ընթացքում նրա ջերմաստիճանը չի փոխվի, քանի դեռ ամբողջությամբ չդառնա հեղուկ։ Ջերմաքանակի հեռացման դեպքում նյութը կվերածվի պինդ նյութի, իսկ ջերմաստիճանը չի փոխվի, քանի դեռ նյութը ամբողջությամբ չի անցել պինդ վիճակի։

Սառույցի հալումը

Հալման/պնդացման և եռման/խտացման ջերմաստիճանները նյութի կարևոր ֆիզիկական հատկություն են։ Պնդացման և հալման ջերմաստիճանները համընկնում են միայն մաքուր նյութերի դեպքում։ Դրա վրա է հենված բարձր ջերմաստիճանների համար հատուկ չափագրման ջերմաչափերի աշխատանքը։ Քանի որ մաքուր նյութի, օրինակ՝ կապարի, ջերմաստիճանը բավականին հաստատուն է, ապա բավական է հալել և թողնել՝ բյուրեղանա։ Լավ ջերմամեկուսացված համակարգում բյուրեղացված նյութի ջերմաստիճանը չի փոխվում և համընկնում է աղյուսակներում բերված էտալոնային ջերմաստիճանին։

Խառնուրդները ընդհանրապես չունեն հալման/բյուրեղացման կետ և որոշակի ջերմաստիճանում անցում է կատարում (հեղուկի անցման հայտնաբերման ջերմաստիճանը կոչվում է սոլիդուսի (solidus) կետ, ամբողջական հալման ջերմաստիճանը կոչվում է լիկվիդուսի կետ)։ Քանի որ հնարավոր չէ ճշգրիտ չափել այդ նյութերի հալման կետը, օգտագործվում են հատուկ մեթոդներ (ԳՕՍՏ 20287 ՀՍՏ Դ 97)։ Սակայն որոշ խառնուրդներ ունեն որոշակի հալման կետ, ինչպես մաքուր նյութերը։

Ամորֆ (ոչ բյուրեղային) նյութերը, որպես կանոն, հստակ հալման կետ չունեն։ Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում այդ նյութերի խտությունը նվազում է, և նյութը դառնում է հեղուկ։

Քանի որ հալման ժամանակ մարմնի ծավալը փոքր-ինչ փոխվում է, ճնշումը քիչ ազդեցություն է ունենում հալման կետի վրա։ Միաբաղադրիչ համակարգի ճնշման վրա ֆազային անցման ջերմաստիճանից (ներառյալ հալման և եռման) կախվածությունը տրվում է Կլապեյրոն-Կլազիուսի հավասարումով։ Հալման ջերմաստիճանը նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում (101 325 Պա, կամ 760 մմ․սնդ․ս) կոչվում է տվյալ նյութի հալման ջերմաստիճան։

Հալման ջերմաստիճանի կանխագուշակում (Լինդեմանի չափանիշ)

Բյուրեղային նյութերի հալման ջերմաստիճանի կանխատեսման փորձ է արվել 1910 թվականին։ Գաղափարը եղել է դիտարկել ջերմային տատանումների միջին մեծության կախումը ջերմաստիճանից։ Հալումը սկսվում է այն ժամանակ, երբ տատանման լայնույթը մեծանում է այնքան, որ հարևան ատոմները սկսեն մասամբ զբաղեցնել նույն տարածքը։

Լինդեմանի չափանիշը պնդում է, որ հալում սպասվում է այն ժամանակ, երբ լայնույթի միջին քառակուսային արժեքը անցնում է շեմային արժեքը։ Բյուրեղների հալման ջերմաստիճանը բավականին լավ նկարագրված Լինդմանի բանաձևում.

$T_{\lambda }={\frac {x_{m}^{2}}{9\hbar ^{2}}}Mk_{B}\theta r_{s}^{2}$,

որտեղ $r_{s}$-ը ՝տարրական բյուրեղի միջին արժեքն է, $\theta$-ն՝ Դեբայի ջերմաստիճանն է, իսկ $x_{m}$-ը նյութերի մեծամասնության մոտ փոփոխվում է 0,15-0,3 միջակայքում։

Հալման ջերմաստիճան(հաշվարկ) Լինդեմանի հավասարումը շուրջ հարյուր տարի կատարում էր հալման տեսականորեն հիմնավորման գործառույթ, բայց փոքր հստակության պատճառով զարգացում չուներ։

1999 թվականին Ի․Վ․ Գավրիլինի կողմից ստացվեց հալման ջերմաստիճանի հաշվման նոր հավասարում։

Т_пл = DH_пл / 1,5 N₀ k,                                   

որտեղ Т_пл-ը հալման ջերմաստիճանն է, DH_{пл -}-ը թաքնված հալման ջերմությունն է, N_{0 -}-ը՝ Ավոգադրոյի հաստատունը, k-ն՝ Բոլցմանի հաստատունը։

Որոշ մետաղների հալման ջերմաստիճանը. Հաշվարկ ըստ (1)

Մետաղը		Al		V		Mn		Fe		Ni		Cu		Zn		Sn	Mo
DH(հալ) կկալ մոլ−1		2,5		5,51		3,5		4,4		4,18		3,12		1,7		1,7	8,7
Т (հալ), К ըստ (1)		876		1857		1179		1428		1406		1051		583		529	2945
Т (հալ), К փորձն.		933		2190		1517		1811		1728		1357		692		505	2890

                     

Որոշ նյութերի հալման ջերմաստիճան

Նյութ	Հալման ջերմաստիճան (°C)
հելիում (при 2,5 ՄՊա)	−272,2
ջրածին	−259,2
թթվածին	−219
ազոտ	−210,0
մեթան	−182,5
սպիրտ	−114,5
քլոր	−101
ամոնիակ	−77,7
սնդիկ	−38,87
ջրային սառույց	0
բենզոլ	+5,53
ցեզիում	+28,64
գալիում	+29,8
սախարոզ	+185
սախարին	+225
անագ	+231,93
կապար	+327,5
ալյումին	+660,1
արծաթ	+960,8
ոսկի	+1063
պղինձ	+1083,4
կայծքար	+1415
երկաթ	+1539
տիտան	+1668
պլատին	+1772
ցիրկոն	+1852
կորունդ	+2050
ռուտեն	+2334
մոլիբդեն	+2622
կայծքարի կարբիդ	+2730
վոլֆրամի կարբիդ	+2870
օսմիում	+3054
թորիումի օքսիդ	+3350
վոլֆրամ	+3422
ածխածին(ցնդում)	+3547
հաֆնիումի կարբիդ	+3890
տանտալ-հաֆնիումի կարբիդ	+3942

Ծանոթագրություններ

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 6, էջ 50)։