Изохорная теплопроводность кристаллического 2-пропанола

Abstract

Исследована изохорная теплопроводность кристаллического 2-пропанола C₃H₇OH на образцах разной плотности в температурном интервале от 140 К и до начала плавления. Обнаружено, что тепловое расширение значительно влияет на температурную зависимость теплопроводности в исследованных одноатомных спиртах при предплавильных температурах. Изохорная теплопроводность всех образцов уменьшалась с ростом температуры слабее, чем при давлении насыщенного пара, и сильно отклонялась от зависимости κ ∝ 1/T. Экспериментальные результаты описываются в рамках модели, предполагающей перенос тепла пропагонами и диффузонами; обсуждается ее принципиальное отличие от простой дебаевской модели, не учитывающей дисперсию и реальную плотность состояний фононов. Рассчитаны вклады пропагонов и диффузонов в теплопроводность 1-, 2-пропанола, а также выполнено сравнение теплопроводности изомеров. Обнаружено, что диффузонный вклад значительно превышает пропагонный, причем в 2-пропаноле оба вклада заметно меньше, чем в 1-пропаноле. Показано, что коэффициенты Ai, ответственныеза пропагонный вклад, существенно зависят от плотности, в то время как коэффициенты Bi, описывающие диффузонный вклад, практически постоянны.

Досліджено ізохорну теплопровідність кристалічного 2-пропанолу C₃H₇OH на зразках різної густини в температурному інтервалі від 140 К і до початку плавлення. Знайдено, що теплове розширення помітно впливає на температурну залежність теплопровідності в досліджених одноатомних спиртах при передплавильних температурах. Ізохорна теплопровідність всіх зразків зменшується зі зростанням температури слабкіше, ніж при тиску насиченої пари, та сильно відхиляється від залежності κ ∝ 1/T. Експериментальні результати описуються в рамках моделі, що передбачає перенесення тепла пропагонами і диффузонами; обговорюється її принципова відмінність від простої дебаєвської моделі, котра не враховує дисперсію та реальну щільність станів фононів. Розраховано вклади пропагонів і диффузонів в теплопровідність 1-, 2-пропанолу та виконано порівняння теплопровідністі ізомерів. Виявлено, що диффузонний внесок значно перевищує фононний, причому у 2-пропанолі обидва вклади помітно менші, ніж в 1-пропанолі. Показано, що коефіцієнти Ai, відповідальні за пропагонний внесок, істотно залежать від густини, в той час як коефіцієнти Bi, що описують диффузонний внесок, практично постійні.

Isochoric thermal conductivity of solid 2-propanol C₃H₇OH has been measured for samples of different densities in the temperature range from 140 K and up to melting. It is found that thermal expansion significantly affects the temperature dependence of thermal conductivity in the monohydric alcohols studied at pre-melting temperatures. The isochoric thermal conductivity of all samples decreases with increasing temperature weaker than at a saturated vapor pressure and deviates strongly from the κ ∝ 1/T dependence. The experimental results are described in the framework of a model involving the transfer of heat by the propagons and diffusons; we discuss its principled difference from the simple Debye model, which does not take into account the dispersion and the real density of phonon states. The contributions of propagons and diffusons in 1- and 2-propanol are calculated and a comparison of thermal conductivities of isomers has been fulfilled. It was found that the diffusons contribution is much higher than the propagons contribution, and in 2-propanol both contributions are significantly smaller than in 1-propanol. It is shown that the coefficients Ai responsible for the propagons contribution depend essentially on the density, while the coefficients Bi describing the diffusons contribution is practically constant.