Nhiệt dung của chất khí. Nhiệt dung của cơ thể ST là tỉ số giữa nhiệt lượng Q truyền cho cơ thể với sự thay đổi nhiệt độ ∆T

Nhiệt dung phần thân (thường được ký hiệu bằng chữ cái Latinh C) - đại lượng vật lý được xác định bằng tỷ số giữa lượng nhiệt nhỏ δ Qđược cơ thể tiếp nhận với mức tăng tương ứng của nhiệt độ δ T :

$C\; =\; (\backslash \; delta\; Q\; \backslash \; over\; \backslash \; delta\; T).$

Đơn vị của nhiệt dung trong Hệ đơn vị quốc tế (SI) là J /.

Nhiệt dung riêng

Nhiệt dung riêng là nhiệt dung trên một đơn vị lượng chất của một chất. Lượng của một chất có thể được đo bằng kilôgam, mét khối và mol. Tùy theo đơn vị đại lượng nào mà nhiệt dung thuộc về khối lượng, thể tích và mol nhiệt dung.

Nhiệt dung riêng khối lượng ( Với), còn được gọi đơn giản là nhiệt dung riêng, là nhiệt lượng phải cung cấp cho một đơn vị khối lượng của một chất để đốt nóng chất đó một nhiệt độ đơn vị. Trong SI, nó được đo bằng jun trên kilogam trên kelvin (J kg −1 K −1).

Và ở áp suất không đổi

$c\_p\; =\; c\_v\; +\; R\; =\; \backslash \; frac\; (i\; +\; 2)\; (2)\; R.$

Sự chuyển đổi của một chất từ ​​trạng thái tập hợp này sang trạng thái tập hợp khác kèm theo co thắt sự thay đổi nhiệt dung ở một điểm nhiệt độ cụ thể của sự biến đổi đối với mỗi chất - điểm nóng chảy (chuyển thể rắn thành lỏng), nhiệt độ sôi (chuyển thể lỏng thành khí) và theo đó, nhiệt độ của sự biến đổi ngược : đông đặc và ngưng tụ.

Nhiệt dung riêng của nhiều chất được cho trong sách tham khảo, thường là của một quá trình ở áp suất không đổi. Ví dụ, nhiệt dung riêng của nước lỏng ở điều kiện bình thường là 4200 J / (kg K); nước đá - 2100 J / (kg K).

Lý thuyết nhiệt dung

Có một số lý thuyết về nhiệt dung của vật rắn:

• Định luật Dulong-Petit và định luật Joule-Koppe. Cả hai định luật đều bắt nguồn từ các khái niệm cổ điển và chỉ có giá trị với độ chính xác nhất định đối với nhiệt độ bình thường (khoảng từ 15 ° C đến 100 ° C).
• Thuyết lượng tử của Einstein về nhiệt dung. Ứng dụng đầu tiên của định luật lượng tử để mô tả nhiệt dung.
• Lý thuyết lượng tử về nhiệt dung của Debye. Chứa mô tả đầy đủ nhất và phù hợp với thử nghiệm.

Nhiệt dung của hệ các hạt không tương tác (ví dụ, khí lý tưởng) được xác định bằng số bậc tự do của các hạt.

Viết nhận xét về bài "Nhiệt dung"

Ghi chú

Văn chương

• // Từ điển bách khoa của một nhà vật lý trẻ / V. A. Chuyanov (ed.). - M .: Sư phạm, 1984. - S. 268–269. - 352 tr.

Xem thêm

Đoạn trích đặc trưng cho nhiệt dung

Anh ta không thể có mục tiêu, bởi vì anh ta bây giờ có niềm tin - không phải niềm tin vào bất kỳ quy tắc, lời nói hay suy nghĩ nào, mà là niềm tin vào cuộc sống, luôn cảm thấy có thần. Trước đây, anh đã tìm kiếm nó cho những mục đích mà anh đã đặt ra cho mình. Cuộc tìm kiếm mục tiêu này chỉ là cuộc tìm kiếm Chúa; và đột nhiên anh ta nhận ra trong tình trạng bị giam cầm của mình, không phải bằng lời nói, không phải bằng lý trí, mà bằng cảm giác trực tiếp những gì mà y tá của anh ta đã nói với anh ta bấy lâu nay: rằng Chúa ở đây, ở đây, ở khắp mọi nơi. Trong điều kiện bị giam cầm, anh biết được rằng Chúa ở Karataev vĩ đại hơn, vô hạn và không thể hiểu được so với trong Kiến trúc của vũ trụ được các Masons công nhận. Anh trải qua cảm giác của một người đàn ông tìm thấy thứ mình đang tìm kiếm dưới chân mình, trong khi anh căng mắt nhìn xa xăm. Cả đời này anh đều nhìn về nơi nào đó, qua đầu những người xung quanh, nhưng anh không được căng mắt ra mà chỉ nhìn trước mặt.
Anh không thể nhìn thấy trước cái vĩ đại, không thể hiểu được và vô hạn trong bất cứ điều gì. Anh chỉ cảm thấy rằng nó phải ở đâu đó và tìm kiếm nó. Trong mọi thứ gần gũi, dễ hiểu, anh thấy một điều có hạn, vụn vặt, trần tục, vô nghĩa. Anh trang bị cho mình một chiếc kính viễn vọng tinh thần và nhìn vào khoảng không xa, nơi mà khoảng cách trần gian nông cạn này, ẩn hiện trong sương mù, đối với anh dường như vĩ đại và vô hạn chỉ vì nó không thể nhìn thấy rõ ràng. Đây là cách anh ấy tưởng tượng về cuộc sống châu Âu, chính trị, hội tự do, triết học, hoạt động từ thiện. Nhưng ngay cả sau đó, trong những khoảnh khắc mà anh cho là điểm yếu của mình, tâm trí anh vẫn xuyên thấu vào khoảng cách này, và ở đó anh nhìn thấy những điều vụn vặt, trần tục, vô nghĩa như vậy. Tuy nhiên, giờ đây, anh đã học được cách nhìn thấy cái vĩ đại, cái vĩnh cửu và cái vô hạn trong mọi thứ, và do đó, theo lẽ tự nhiên, để nhìn thấy nó, để tận hưởng sự chiêm nghiệm về nó, anh đã ném xuống chiếc kèn mà anh đã nhìn qua. những người đứng đầu, và hân hoan chiêm ngưỡng xung quanh anh ta cuộc sống luôn thay đổi, vĩ đại vĩnh cửu, không thể hiểu nổi và vô hạn. Và càng nhìn gần, anh ấy càng thấy bình tĩnh và hạnh phúc. Câu hỏi khủng khiếp từng phá hủy mọi cấu trúc tinh thần của anh ta là: tại sao? không còn tồn tại đối với anh ta. Bây giờ đến câu hỏi này - tại sao? một câu trả lời đơn giản luôn sẵn sàng trong tâm hồn anh ta: vậy, rằng có một vị thần, vị thần đó, nếu không có ý chí thì một sợi tóc sẽ không rơi khỏi đầu một người.

Pierre hầu như không thay đổi cách cư xử bên ngoài của mình. Anh ấy trông giống hệt như anh ấy trước đây. Cũng như trước đó, anh ấy bị phân tâm và dường như không phải bận tâm về những gì trước mắt mình, mà là về một điều gì đó đặc biệt của riêng anh ấy. Sự khác biệt giữa trạng thái trước đây và hiện tại của anh ấy là trước đây, khi anh ấy quên mất những gì đang ở trước mặt, những gì đang được kể lại, anh ấy nhăn trán vì đau, như thể cố gắng mà không thể nhìn thấy thứ gì đó ở xa mình. Bây giờ anh ta cũng quên những gì đã được nói với anh ta, và những gì trước anh ta; nhưng bây giờ, với một nụ cười khó nhận ra, như thể chế giễu, anh ta nhìn chằm chằm vào chính thứ đang ở trước mặt mình, lắng nghe những gì đang được nói với anh ta, mặc dù anh ta rõ ràng đã nhìn thấy và nghe thấy điều gì đó hoàn toàn khác. Trước đây anh ta có vẻ, mặc dù là một người đàn ông tốt bụng, nhưng không hạnh phúc; và do đó, mọi người không tự nguyện rời xa anh ta một cách vô tình. Giờ đây, nụ cười của niềm vui cuộc sống không ngừng nở quanh miệng anh, và đôi mắt anh ánh lên sự quan tâm đến mọi người - câu hỏi đặt ra là: họ có hạnh phúc giống như anh không? Và mọi người rất thích sự hiện diện của anh ấy.
Trước đây, anh ấy nói nhiều, hào hứng khi nói, và ít lắng nghe; bây giờ anh hiếm khi bị cuốn theo cuộc trò chuyện và biết cách lắng nghe theo cách mà mọi người sẵn sàng nói với anh những bí mật thân mật nhất của họ.
Công chúa, người chưa bao giờ yêu Pierre và có cảm giác thù địch đặc biệt với anh ta kể từ sau cái chết của vị bá tước cũ, cô cảm thấy mắc nợ Pierre, trước sự khó chịu và ngạc nhiên của cô, sau một thời gian ngắn ở lại Orel, nơi cô đến với ý định để chứng minh cho Pierre thấy rằng, bất chấp sự vô tình của anh ta, cô coi đó là nhiệm vụ của mình khi đi theo anh ta, công chúa sớm cảm thấy rằng cô yêu anh ta. Pierre không làm gì để có được sự ưu ái với công chúa. Anh chỉ nhìn cô một cách tò mò. Trước đó, công chúa cảm thấy rằng trong cái nhìn của anh ta với cô ấy là sự thờ ơ và chế nhạo, và cô ấy, như những người khác, thu mình lại trước anh ta và chỉ thể hiện khía cạnh chiến đấu của mình trong cuộc sống; giờ đây, ngược lại, cô cảm thấy dường như anh đang đào sâu vào những khía cạnh thân thiết nhất trong cuộc sống của cô; và cô ấy, lúc đầu với sự ngờ vực, sau đó với lòng biết ơn, đã cho anh thấy những mặt tốt tiềm ẩn trong tính cách của cô ấy.
Kẻ gian xảo nhất không thể khéo léo hơn đã lẻn vào lòng tin của nàng công chúa, khơi gợi lại những hồi ức về quãng thời gian tươi đẹp nhất của nàng và tỏ ra thông cảm với họ. Trong khi đó, toàn bộ sự xảo quyệt của Pierre chỉ bao gồm việc anh ta đang tìm kiếm niềm vui cho riêng mình, khơi gợi cảm xúc của con người trong một công chúa buồn tẻ, cykha và kiêu hãnh.
“Đúng vậy, anh ấy là một người rất, rất tốt khi anh ấy không phải chịu ảnh hưởng của những người xấu, mà là của những người như tôi,” công chúa nói với chính mình.
Sự thay đổi diễn ra ở Pierre được nhận thấy theo cách riêng của anh ta và bởi những người hầu của anh ta - Terenty và Vaska. Họ thấy rằng anh ấy đơn giản hơn rất nhiều. Terenty thường xuyên cởi quần áo cho cậu chủ, với đôi ủng và chiếc váy trên tay, chúc ngủ ngon, do dự rời đi, đợi cậu chủ tham gia vào cuộc trò chuyện. Và phần lớn Pierre ngăn Terenty lại, để ý rằng anh ta muốn nói chuyện.

Tư liệu từ Bách khoa toàn thư

Nhiệt dung của một vật là nhiệt lượng phải truyền cho một vật nhất định để tăng nhiệt độ của vật đó lên một độ. Khi nguội đi một độ, cơ thể sẽ tỏa ra một lượng nhiệt như nhau. Nhiệt dung tỉ lệ thuận với khối lượng của vật. Nhiệt dung của một đơn vị khối lượng của vật thể được gọi là riêng, và tích của nhiệt dung riêng theo khối lượng nguyên tử hoặc phân tử được gọi là nguyên tử hoặc mol tương ứng.

Nhiệt dung của các chất khác nhau rất khác nhau. Vậy nhiệt dung riêng của nước ở 20 ° C là 4200 J / kg K, gỗ thông - 1700, không khí - 1010. Đối với kim loại thì nhỏ hơn: nhôm - 880 J / kg K, sắt - 460, đồng - 385, chì - 130. Nhiệt dung riêng tăng nhẹ theo nhiệt độ (ở 90 ° C, nhiệt dung của nước là 4220 J / kg K) và biến đổi mạnh trong quá trình biến đổi pha: nhiệt dung của nước đá ở 0 ° C nhỏ hơn 2 lần của nước; nhiệt dung của hơi nước ở 100 ° C vào khoảng 1500 J / kg K.

Nhiệt dung phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ của cơ thể thay đổi. Nếu kích thước của vật không thay đổi, thì tất cả nhiệt lượng sẽ làm thay đổi nội năng. Ở đây chúng ta đang nói về nhiệt dung ở thể tích không đổi (C V). Ở áp suất bên ngoài không đổi, do sự giãn nở nhiệt, công cơ học được thực hiện chống lại các lực bên ngoài, và gia nhiệt đến một nhiệt độ cụ thể cần nhiều nhiệt hơn. Do đó, nhiệt dung ở áp suất không đổi C P luôn lớn hơn C V. Đối với khí lý tưởng C P - C V \ u003d R (xem hình vẽ), trong đó R là hằng số khí, bằng 8,32 J / mol K.

Thường đo C P. Phương pháp cổ điển để đo nhiệt dung như sau: một vật có nhiệt dung (C x) mà họ muốn đo được nung nóng đến một nhiệt độ t x nhất định và đặt trong một nhiệt lượng kế có nhiệt độ ban đầu t 0 chứa đầy nước hoặc một chất lỏng khác có nhiệt dung đã biết (C k và C w là nhiệt dung của nhiệt lượng kế và chất lỏng). Bằng cách đo nhiệt độ trong nhiệt lượng kế sau khi cân bằng nhiệt (t) đã được thiết lập, nhiệt dung của vật có thể được tính theo công thức:

C x \ u003d (t-t 0) (C f m f + C sang m k) / (m x (t x -t)),

trong đó m x, m w và m k là khối lượng của vật thể, chất lỏng và nhiệt lượng kế.

Lý thuyết phát triển nhất là nhiệt dung của chất khí. Ở nhiệt độ thường, sự đốt nóng chủ yếu dẫn đến sự thay đổi năng lượng của chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của các phân tử khí. Đối với nhiệt dung mol của các khí đơn chức C V theo lý thuyết cho 3R / 2, lưỡng tử và đa nguyên - 5R / 2 và 3R. Ở nhiệt độ rất thấp, nhiệt dung có phần ít hơn do hiệu ứng lượng tử (xem cơ học lượng tử). Ở nhiệt độ cao, năng lượng dao động được bổ sung và nhiệt dung của khí đa nguyên tử tăng khi nhiệt độ tăng.

Nhiệt dung nguyên tử của tinh thể, theo lý thuyết cổ điển, bằng 3Ry, điều này phù hợp với định luật thực nghiệm của Đulông và Petit (do các nhà khoa học người Pháp P. Dulong và A. Petit thành lập năm 1819). Lý thuyết lượng tử về nhiệt dung dẫn đến kết luận tương tự ở nhiệt độ cao, nhưng dự đoán nhiệt dung giảm khi nhiệt độ giảm. Gần độ không tuyệt đối, nhiệt dung của mọi vật có xu hướng bằng không (định luật thứ ba của nhiệt động lực học).

Cách thay đổi nội năng của cơ thể

Có hai cách để thay đổi năng lượng bên trong của một cơ thể (hệ thống) - làm việc trên nó hoặc truyền nhiệt. Quá trình trao đổi nội năng của các vật tiếp xúc, không kèm theo thực hiện công được gọi là quá trình truyền nhiệt. Năng lượng truyền cho cơ thể là kết quả của quá trình truyền nhiệt được gọi là nhiệt lượng mà cơ thể nhận được. Nhiệt lượng thường được ký hiệu là Q. Nói chung, sự thay đổi nội năng của một vật trong quá trình truyền nhiệt là kết quả của công của ngoại lực, nhưng đây không phải là công của sự thay đổi các thông số bên ngoài. của hệ thống. Đây là công mà các lực phân tử tạo ra. Ví dụ, nếu một cơ thể được đưa vào tiếp xúc với một chất khí nóng, thì năng lượng của chất khí đó được chuyển qua sự va chạm của các phân tử khí với các phân tử của cơ thể.

Nhiệt lượng không phải là một hàm của trạng thái, vì Q phụ thuộc vào đường chuyển của hệ từ trạng thái này sang trạng thái khác. Nếu trạng thái của hệ được đưa ra, nhưng không xác định quá trình chuyển tiếp thì không thể nói gì về nhiệt lượng mà hệ nhận được. Theo nghĩa này, người ta không thể nói về lượng nhiệt tích trữ trong cơ thể.

Đôi khi họ nói về một cơ thể có một nguồn năng lượng nhiệt dự trữ, điều này không có nghĩa là lượng nhiệt, mà là nội năng của cơ thể. Cơ thể như vậy được gọi là bình chứa nhiệt. Tuy nhiên, các thuật ngữ "sai lầm" như vậy vẫn tồn tại trong khoa học từ lý thuyết nhiệt lượng, giống như bản thân thuật ngữ, lượng nhiệt. Lý thuyết nhiệt lượng coi nhiệt là một loại chất lỏng không thấm nước được chứa trong các cơ thể và không thể tạo ra hoặc phá hủy. Đã có một phiên bản của bảo toàn calo. Từ quan điểm này, thật hợp lý khi nói về lượng nhiệt dự trữ trong cơ thể mà không liên quan đến quá trình. Bây giờ trong phép đo nhiệt lượng, người ta thường lập luận như thể định luật bảo toàn nhiệt lượng có giá trị. Vì vậy, ví dụ, chúng hoạt động trong lý thuyết toán học về sự dẫn nhiệt.

Do nhiệt không phải là một hàm của trạng thái, nên ký hiệu $ \ delta Q $ được sử dụng cho một lượng nhiệt nhỏ, chứ không phải $ dQ $. Điều này nhấn mạnh rằng $ \ delta Q $ không được coi là tổng chênh lệch, tức là không phải lúc nào cũng được biểu diễn dưới dạng gia số vô cùng nhỏ của các hàm trạng thái (chỉ trong các trường hợp đặc biệt, ví dụ, trong các quy trình đẳng tích và đẳng cấp). Người ta thường chấp nhận rằng nhiệt là dương nếu hệ thống nhận nó, và âm nếu ngược lại.

Nhiệt dung là gì

Bây giờ chúng ta hãy xem xét nhiệt dung là gì.

Sự định nghĩa

Nhiệt lượng truyền cho cơ thể để đốt nóng 1K là nhiệt dung của cơ (hệ). Thường được ký hiệu là "C":

\ [C = \ frac (\ delta Q) (dT) \ left (1 \ right). \]

Nhiệt dung trên một đơn vị khối lượng cơ thể:

nhiệt dung riêng. m - trọng lượng cơ thể.

Nhiệt dung trên một đơn vị khối lượng mol của vật:

nhiệt dung mol. $ \ nu $ - lượng chất (số mol chất), $ \ mu $ - khối lượng mol chất.

Nhiệt dung trung bình $ \ left \ langle C \ right \ rangle $ trong khoảng nhiệt độ từ $ T_1 $ đến $ T_2 \ $ là:

\ [\ left \ langle C \ right \ rangle = \ frac (Q) (T_2-T_1) \ left (4 \ right). \]

Mối quan hệ giữa nhiệt dung trung bình của vật và nhiệt dung "đơn giản" của nó được biểu thị như sau:

\ [\ left \ langle C \ right \ rangle = \ frac (1) (T_2-T_1) \ int \ giới hạn ^ (T_2) _ (T_1) (CdT) \ \ left (5 \ right). \]

Ta thấy rằng nhiệt dung được định nghĩa thông qua khái niệm "nhiệt lượng".

Như đã lưu ý, lượng nhiệt cung cấp cho hệ thống phụ thuộc vào quá trình. Theo đó, nó chỉ ra rằng nhiệt dung cũng phụ thuộc vào quá trình. Do đó, công thức xác định nhiệt dung (1) nên được tinh chỉnh và viết thành:

\ [С_V = (\ left (\ frac (\ delta Q) (dT) \ right)) _ V, \ С_p = (\ left (\ frac (\ delta Q) (dT) \ right)) _ p (6) \ ]

nhiệt dung (chất khí) ở thể tích không đổi và ở áp suất không đổi.

Như vậy, nhiệt dung trong trường hợp chung đặc trưng cho cả tính chất của vật và điều kiện sinh nhiệt của vật. Nếu điều kiện phát nhiệt được xác định thì nhiệt dung trở thành đặc trưng cho các tính chất của vật. Chúng ta thấy các nhiệt dung như vậy trong các bảng tham chiếu. Nhiệt dung trong các quá trình ở áp suất không đổi và thể tích không đổi là hàm trạng thái.

ví dụ 1

Nhiệm vụ: Một chất khí lý tưởng mà phân tử của nó có số bậc tự do bằng i được khai triển theo định luật: $ p = aV, $ trong đó $ a = const. $ Tìm nhiệt dung mol trong quá trình này.

\ [\ delta Q = dU + \ delta A = \ frac (i) (2) \ nu RdT + pdV \ left (1.2 \ right). \]

Vì khí là lý tưởng, chúng tôi sử dụng phương trình Mendeleev-Claperon và phương trình quá trình để chuyển đổi công cơ bản và thu được biểu thức cho nó dưới dạng nhiệt độ:

Vì vậy, yếu tố của công việc trông giống như:

\ [\ delta A = pdV = aVdV = \ frac (\ nu RdT) (2) \ left (1,4 \ right). \]

Thay (1.4) thành (1.2), ta được:

\ [\ delta Q = \ nu c _ (\ mu) dT = \ frac (i) (2) \ nu RdT + \ frac (\ nu RdT) (2) \ left (1.5 \ right). \]

Chúng tôi biểu thị nhiệt dung mol:

Trả lời: Nhiệt dung mol trong một quá trình đã cho có dạng: $ c _ (\ mu) = \ frac (R) (2) \ left (i + 1 \ right). $

Ví dụ 2

Nhiệm vụ: Tìm sự thay đổi nhiệt lượng của khí lý tưởng trong quá trình p $ V ^ n = const $ (quá trình như vậy gọi là đẳng tích), nếu số bậc tự do của phân tử khí bằng i, sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình $ \ tam giác T $, lượng chất $ \ nu $.

Cơ sở để giải quyết vấn đề sẽ là biểu thức:

\ [\ tam giác Q = C \ tam giác T \ left (2.1 \ phải). \]

Do đó, cần phải tìm C (nhiệt dung trong một quá trình nhất định). Chúng tôi sử dụng định luật đầu tiên của nhiệt động lực học:

\ [\ delta Q = dU + pdV = \ frac (i) (2) \ nu RdT + pdV = CdT \ to C = \ frac (i) (2) \ nu R + \ frac (pdV) (dT) \ \ left (2.2 \ right). \]

Tìm $ \ frac (dV) (dT) $ bằng cách sử dụng phương trình quá trình và phương trình Mendeleev-Claperon:

Hãy thay áp suất và thể tích từ (2.3.) Vào phương trình của quá trình đã cho, chúng ta thu được phương trình đa hình trong các tham số $ V, T $:

Trong trường hợp này:

\ [\ frac (dV) (dT) = B "\ cdot \ frac (1) (1-n) T ^ (\ frac (n) (1-n)) \ left (2,5 \ right). \] \ \ \ [\ tam giác Q = C \ tam giác T = \ nu R \ left (\ frac (i) (2) + \ frac (1) (1-n) \ phải) \ tam giác T \ left (2.8 \ right) . \]

Trả lời: Sự thay đổi nhiệt lượng của khí lý tưởng trong quá trình này được cho bởi công thức: $ \ tam giác Q = \ nu R \ left (\ frac (i) (2) + \ frac (1) (1- n) \ right) \ tam giác T $.

Biết rằng việc cung cấp nhiệt cho chất lỏng làm việc trong bất kỳ quá trình nào cũng kèm theo sự thay đổi nhiệt độ. Tỷ số giữa nhiệt được cung cấp (loại bỏ) trong một quá trình nhất định với sự thay đổi nhiệt độ được gọi là nhiệt dung của cơ thể.

trong đó dQ là nhiệt lượng cơ bản

dT - sự thay đổi nhiệt độ cơ bản.

Nhiệt dung bằng số bằng nhiệt lượng phải cung cấp cho hệ để tăng nhiệt độ thêm 1 độ trong điều kiện đã cho. Được đo bằng [J / K].

Nhiệt lượng cung cấp cho chất lỏng công tác luôn tỷ lệ thuận với lượng chất lỏng công tác. Ví dụ, nhiệt lượng cần thiết để nung một viên gạch và một bức tường gạch 1 độ là không giống nhau, do đó, để so sánh, nhiệt dung riêng được đưa ra, quy nhiệt lượng cung cấp cho một đơn vị của chất lỏng làm việc. Tùy thuộc vào đơn vị định lượng của vật mà nhiệt được cung cấp trong nhiệt động lực học, người ta phân biệt các nhiệt dung khối lượng, thể tích và mol.

Công suất nhiệt khối lượng là nhiệt dung trên một đơn vị khối lượng của chất lỏng làm việc,

.

Nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng 1kg khí thêm 1 K gọi là nhiệt dung khối lượng.

Đơn vị của khối lượng nhiệt dung là J / (kg K). Nhiệt dung khối lượng còn được gọi là nhiệt dung riêng.

Nhiệt dung tích- nhiệt dung trên một đơn vị thể tích của chất lỏng làm việc,

.

Nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng 1 m 3 chất khí thêm 1 K gọi là nhiệt dung.

Thể tích nhiệt dung được đo bằng J / (m 3 K).

Nhiệt dung mol- nhiệt dung, liên quan đến lượng chất lỏng làm việc,

,

với n là lượng khí tính bằng mol.

Nhiệt lượng cần cung cấp để đốt nóng 1 mol khí thêm 1 K gọi là nhiệt dung mol.

Nhiệt dung mol được đo bằng J / (mol × K).

Nhiệt dung khối lượng và mol có liên quan với nhau theo quan hệ sau:

hoặc C m \ u003d mc, với m là khối lượng mol

Nhiệt dung phụ thuộc vào điều kiện của quá trình. Do đó, chỉ số thường được chỉ ra trong biểu thức nhiệt dung X,đặc trưng cho dạng của quá trình truyền nhiệt.

.

Mục lục X có nghĩa là quá trình cung cấp (hoặc loại bỏ) nhiệt diễn ra ở một giá trị không đổi của một số thông số, ví dụ, áp suất, thể tích.

Trong số các quá trình như vậy, hai quá trình được quan tâm nhiều nhất: một quá trình ở thể tích khí không đổi, quá trình kia ở áp suất không đổi. Theo đó, nhiệt dung ở thể tích không đổi C v và nhiệt dung ở áp suất không đổi C p được phân biệt.

1) Nhiệt dung ở thể tích không đổi bằng tỉ số giữa nhiệt lượng dQ và nhiệt độ thay đổi dT của vật trong một quá trình đẳng tích (V = const):

;

2) Nhiệt dung ở đẳng áp bằng tỉ số giữa nhiệt lượng dQ và nhiệt độ thay đổi dT của vật trong một quá trình đẳng tích (Р = const):

Để hiểu bản chất của các quá trình này, hãy xem xét một ví dụ.

Cho có hai bình chứa 1 kg khí giống nhau ở cùng nhiệt độ. Một xilanh đóng hoàn toàn (V = const), xilanh kia đóng từ trên cao bằng một pít tông, tác dụng lên khí một áp suất P không đổi (P = const).

Ta truyền vào mỗi xi lanh một nhiệt lượng Q sao cho nhiệt độ của khí trong chúng tăng từ T 1 đến T 2 thêm 1K. Trong xi lanh thứ nhất, chất khí không thực hiện công việc nở ra, tức là lượng nhiệt cung cấp sẽ là

Q v \ u003d c v (T 2 - T 1),

ở đây chỉ số v - nghĩa là nhiệt lượng cung cấp cho chất khí trong một quá trình với thể tích không đổi.

Ở xi lanh thứ hai, ngoài việc nhiệt độ tăng thêm 1K, còn có sự chuyển động của pít tông nạp (khí đã thay đổi thể tích), tức là công việc mở rộng đã được thực hiện. Nhiệt lượng cung cấp trong trường hợp này được xác định theo biểu thức:

Q p \ u003d c p (T 2 - T 1)

Ở đây, chỉ số p - có nghĩa là nhiệt được cung cấp cho chất khí trong một quá trình với áp suất không đổi.

Tổng nhiệt lượng Q p sẽ lớn hơn Q v một lượng ứng với công khắc phục ngoại lực:

Trong đó R là công nở ra của 1 kg khí với nhiệt độ tăng 1K ở T 2 - T 1 \ u003d 1K.

Do đó С р - С v = R

Nếu ta cho vào bình không 1 kg khí mà là 1 mol khí thì biểu thức sẽ có dạng

Сm Р - Сm v = R m, trong đó

R m - hằng số khí phổ.

Biểu thức này được gọi là Phương trình của Mayer.

Cùng với sự khác biệt C p - C v trong các nghiên cứu nhiệt động lực học và tính toán thực tế, tỷ số giữa nhiệt dung C p và C v, được gọi là chỉ số đoạn nhiệt, được sử dụng rộng rãi.

k \ u003d C p / C v.

Trong lý thuyết động học - phân tử, để xác định k, công thức sau đây là k \ u003d 1 + 2 / n,

trong đó n là số bậc tự do của chuyển động phân tử (đối với khí nguyên tử n = 3, đối với khí nguyên tử n = 5, đối với khí ba nguyên tử trở lên n = 6).

Sự thay đổi năng lượng bên trong khi thực hiện công việc được đặc trưng bởi khối lượng công việc, tức là công là thước đo sự thay đổi nội năng trong một quá trình nhất định. Sự thay đổi nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt được đặc trưng bằng một đại lượng gọi là nhiệt lượng.

là sự biến đổi nội năng của vật trong quá trình truyền nhiệt mà không sinh công. Nhiệt lượng được ký hiệu bằng chữ cái Q .

Công, nội năng và nhiệt lượng được đo bằng cùng một đơn vị - jun ( J), giống như bất kỳ dạng năng lượng nào khác.

Trong các phép đo nhiệt, một đơn vị năng lượng đặc biệt, calo ( phân), tương đương với nhiệt lượng cần cung cấp để tăng nhiệt độ của 1 gam nước thêm 1 độ C. (chính xác hơn là từ 19,5 đến 20,5 ° C). Đặc biệt, đơn vị này hiện đang được sử dụng để tính toán mức tiêu thụ nhiệt (nhiệt năng) trong các tòa nhà chung cư. Theo kinh nghiệm, tương đương cơ học của nhiệt đã được thiết lập - tỷ lệ giữa calo và jun: 1 cal = 4,2 J.

Khi cơ thể truyền một lượng nhiệt nhất định mà không hoạt động thì nội năng của nó tăng lên, nếu cơ thể tỏa ra một lượng nhiệt nhất định thì nội năng của nó giảm đi.

Nếu bạn đổ 100 g nước vào hai bình giống nhau và 400 g vào một bình khác ở cùng nhiệt độ và đặt chúng trên cùng một vòi đốt, thì nước trong bình thứ nhất sẽ sôi sớm hơn. Như vậy, vật có khối lượng càng lớn thì nhiệt lượng cần toả ra càng lớn. Làm lạnh cũng vậy.

Lượng nhiệt cần thiết để làm nóng một cơ thể cũng phụ thuộc vào loại chất mà cơ thể này được tạo ra. Sự phụ thuộc của nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng cơ thể vào loại chất được đặc trưng bởi một đại lượng vật lý gọi là nhiệt dung riêng vật liệu xây dựng.

- đây là đại lượng vật lý bằng nhiệt lượng phải báo cho 1kg chất để đốt nóng nó thêm 1 ° C (hay 1 K). Một lượng chất toả ra khi làm lạnh đi 1 ° C thì nhiệt lượng như nhau.

Nhiệt dung riêng được kí hiệu bằng chữ cái với. Đơn vị của nhiệt dung riêng là 1 J / kg ° C hoặc 1 J / kg ° K.

Giá trị nhiệt dung riêng của các chất được xác định bằng thực nghiệm. Chất lỏng có nhiệt dung riêng cao hơn kim loại; Nước có nhiệt dung riêng cao nhất, vàng có nhiệt dung riêng rất nhỏ.

Vì nhiệt lượng bằng độ thay đổi của nội năng nên có thể nói nhiệt dung riêng cho biết nội năng thay đổi bao nhiêu. 1 kg chất khi nhiệt độ của nó thay đổi 1 ° C. Trong đó, nội năng của 1 kg chì khi nung nóng 1 ° C tăng 140 J, khi nguội đi 140 J.

Q cần thiết để làm nóng khối cơ thể m nhiệt độ t 1 ° С lên đến nhiệt độ t 2 ° С, bằng tích của nhiệt dung riêng của chất, khối lượng vật thể và hiệu số giữa nhiệt độ cuối và nhiệt độ ban đầu, tức là

Q \ u003d c ∙ m (t 2 - t 1)

Theo công thức tương tự, nhiệt lượng mà cơ thể tỏa ra khi làm mát cũng được tính toán. Chỉ trong trường hợp này, nhiệt độ cuối cùng mới được trừ đi nhiệt độ ban đầu, tức là Trừ nhiệt độ nhỏ hơn cho nhiệt độ lớn hơn.

Đây là một bản tóm tắt về chủ đề này. “Lượng nhiệt. Nhiệt dung riêng". Chọn các bước tiếp theo:

• Chuyển đến phần tóm tắt tiếp theo: