Перейти к содержанию

Теплоёмкость

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
(перенаправлено с «Теплоемкость»)
Теплоёмкость
[math]\displaystyle{ C=\frac{\delta Q}{\mathrm{d} T} }[/math]
Размерность L2MT −2Θ−1
Единицы измерения
СИ Дж/К
СГС эрг/К
Примечания
Скалярная величина

Теплоёмкость — количество теплоты, поглощаемой или выделяемой телом в процессе нагревания, либо остывания на 1 градус по шкале цельсия. Более точно, теплоёмкость — физическая величина, определяемая как отношение количества теплоты [math]\displaystyle{ \delta Q }[/math], поглощаемой/выделяемой термодинамической системой при бесконечно малом изменении её температуры [math]\displaystyle{ T }[/math], к величине этого изменения [math]\displaystyle{ \mathrm{d} T }[/math][1][2][3][4][5]:

[math]\displaystyle{ C = {\delta Q \over \mathrm{d}T}. }[/math]

Малое количество теплоты обозначается [math]\displaystyle{ \delta Q }[/math] (а не [math]\displaystyle{ \mathrm{d} Q }[/math]), чтобы подчеркнуть, что это не дифференциал параметра состояния (в отличие, например, от [math]\displaystyle{ \mathrm{d} T }[/math]), а функция процесса. Поэтому и теплоёмкость — это характеристика процесса перехода между двумя состояниями термодинамической системы[6], которая зависит и от пути процесса (например, от проведения его при постоянном объёме или постоянном давлении)[7][8], и от способа нагревания/охлаждения (квазистатического или нестатического)[7][9]. Неоднозначность в определении теплоёмкости[10] на практике устраняют тем, что выбирают и фиксируют путь квазистатического процесса (обычно оговаривается, что процесс происходит при постоянном давлении, равным атмосферному). При однозначном выборе процесса теплоёмкость становится параметром состояния[11][12] и теплофизическим свойством вещества, образующего термодинамическую систему[13].

Удельная, молярная и объёмная теплоёмкости

Основные статьи: Удельная теплоёмкость, Молярная теплоёмкость и Объёмная теплоёмкость

Очевидно, что чем больше масса тела, тем больше требуется теплоты для его нагревания, и теплоёмкость тела пропорциональна количеству вещества, содержащегося в нём. Количество вещества может характеризоваться массой или количеством молей. Поэтому удобно пользоваться понятиями удельной теплоёмкости (теплоёмкости единицы массы тела):

[math]\displaystyle{ c = {C \over m} }[/math]

и молярной теплоёмкости (теплоёмкости одного моля вещества):

[math]\displaystyle{ C_\mu = {C \over \nu}, }[/math]

где [math]\displaystyle{ \nu = {m \over \mu} }[/math] — количество вещества в теле; [math]\displaystyle{ m }[/math] — масса тела; [math]\displaystyle{ \mu }[/math] — молярная масса. Молярная и удельная теплоёмкости связаны соотношением [math]\displaystyle{ C_\mu = c\mu }[/math][14][15].

Объёмная теплоёмкость (теплоёмкость единицы объёма тела):

[math]\displaystyle{ C' = {C \over V}. }[/math]

Теплоёмкость для различных процессов и состояний вещества

Понятие теплоёмкости определено как для веществ в различных агрегатных состояниях (твёрдых тел, жидкостей, газов), так и для ансамблей частиц и квазичастиц (в физике металлов, например, говорят о теплоёмкости электронного газа).

Теплоёмкость идеального газа

Основная статья: Теплоёмкость идеального газа

Теплоёмкость системы невзаимодействующих частиц (например, идеального газа) определяется числом степеней свободы частиц.

Молярная теплоёмкость при постоянном объёме:

[math]\displaystyle{ C_V = {dU \over dT} = \frac{i}{2}R, }[/math]

где [math]\displaystyle{ R }[/math] ≈ 8,31 Дж/(моль·К) — универсальная газовая постоянная, [math]\displaystyle{ i }[/math] — число степеней свободы молекулы[14][15].

Молярная теплоёмкость при постоянном давлении связана с [math]\displaystyle{ C_V }[/math] соотношением Майера:

[math]\displaystyle{ C_P = C_V+R = {{i+2} \over 2}R. }[/math]

Теплоёмкость кристаллов

Сравнение моделей Дебая и Эйнштейна для теплоёмкости твёрдого тела

Существует несколько теорий теплоёмкости твёрдого тела:

Температурная зависимость

С ростом температуры теплоёмкость растёт у кристаллов, практически не меняется у жидкостей и газов.

При фазовом переходе происходит скачок теплоёмкости. Теплоёмкость вблизи самого фазового перехода стремится к бесконечности, поскольку температура фазового перехода остаётся постоянной при изменении теплоты.

Удельная теплоёмкость воды при различных давлениях

Примечания

  1. ↑ Теплоёмкость. БРЭ, 2016.
  2. ↑ Булидорова Г. В. и др., Физическая химия, кн. 1, 2016, с. 41.
  3. ↑ Артемов А. В., Физическая химия, 2013, с. 14.
  4. ↑ Ипполитов Е. Г. и др., Физическая химия, 2005, с. 20.
  5. ↑ Сивухин Д. В., Термодинамика и молекулярная физика, 2006, с. 65.
  6. ↑ Сивухин Д. В., Термодинамика и молекулярная физика, 2006, с. 66.
  7. ↑ Перейти обратно: 7,0 7,1 Лифшиц Е. М., Теплоёмкость, 1992.
  8. ↑ Белов Г. В., Термодинамика, ч. 1, 2017, с. 94.
  9. ↑ Лифшиц Е. М., Теплоёмкость, 1976.
  10. ↑ Базаров И. П., Термодинамика, 2010, с. 39.
  11. ↑ Борщевский А. Я., Физическая химия, т. 1, 2017, с. 115.
  12. ↑ Кубо Р., Термодинамика, 1970, с. 22.
  13. ↑ Беляев Н. М., Термодинамика, 1987, с. 5.
  14. ↑ Перейти обратно: 14,0 14,1 Никеров. В. А. Физика: учебник и практикум для академического бакалавриата. — Юрайт, 2015. — С. 127—129. — 415 с. — ISBN 978-5-9916-4820-2.
  15. ↑ Перейти обратно: 15,0 15,1 Ильин В. А. Физика: учебник и практикум для прикладного бакалавриата. — Юрайт, 2016. — С. 142—143. — 399 с. — ISBN 978-5-9916-6343-4.

Литература

  • Артемов А. В. Физическая химия. — М.: Академия, 2013. — 288 с. — (Бакалавриат). — ISBN 978-5-7695-9550-9.
  • Базаров И. П. [www.libgen.io/book/index.php?md5=85124A004B05D9CD4ECFB6106E1DD560 Термодинамика]. — 5-е изд. — СПб.—М.—Краснодар: Лань, 2010. — 384 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-1003-3. (недоступная ссылка)
  • Белов Г. В. [www.libgen.io/book/index.php?md5=8E73E5B941B5841BAE1F74E200306649 Термодинамика. Часть 1]. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Юрайт, 2017. — 265 с. — (Бакалавр. Академический курс). — ISBN 978-5-534-02731-0. (недоступная ссылка)
  • Беляев Н. М. [libgen.io/book/index.php?md5=bbaf63a616d5d3fa315ef65659841880 Термодинамика]. — Киев: Вища школа, 1987. — 344 с.
  • Борщевский А. Я. [www.libgen.io/book/index.php?md5=A5B4FC1FCDA96540A34A61CBFEB2DD8D Физическая химия. Том 1 online. Общая и химическая термодинамика]. — М.: Инфра-М, 2017. — 868 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — ISBN 978-5-16-104227-4. (недоступная ссылка)
  • Булидорова Г. В., Галяметдинов Ю. Г., Ярошевская Х. М., Барабанов В.П. Физическая химия. Книга 1. Основы химической термодинамики. Фазовые равновесия. — М.: КДУ; Университетская книга, 2016. — 516 с. — ISBN 978-5-91304-600-0.
  • Ипполитов Е. Г., Артемов А. В., Батраков В.В. Физическая химия / Под ред. Е. Г. Ипполитова. — М.: Академия, 2005. — 448 с. — (Высшее профессиональное образование). — ISBN 978-5-7695-1456-6.
  • Кубо Р. [www.libgen.io/book/index.php?md5=800842C9CC74ADB4CC04B0BE82BB1BF7 Термодинамика]. — М.: Мир, 1970. — 304 с. (недоступная ссылка)
  • Лифшиц Е. М. Теплоёмкость // Физическая энциклопедия / Ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Советская Энциклопедия, 1992. — Т. 5. — С. 77–78.
  • Лифшиц Е. М. Теплоёмкость // Большая советская энциклопедия / Ред. А. М. Прохоров. — 3-е издание. — М.: Большая Советская Энциклопедия, 1976. — Т. 25. — С. 451.
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Издание 5-е, исправленное. — М.: Физматлит, 2006. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 544 с. — ISBN 5-9221-0601-5.
  • Теплоемкость // Большая российская энциклопедия. — М.: Большая российская энциклопедия, 2016. — Т. 32. — С. 54.


Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Теплоёмкость&oldid=7053598