Capacitatea de căldură a gazelor

Raportul dintre cantitatea de căldură primită de organism cu o schimbare infinitezimală în starea sa și modificarea asociată a temperaturii corpului se numește capacitatea de căldură a corpului în acest proces:







De obicei, capacitatea termică se referă la o singură cantitate de materie și, în funcție de unitatea selectată, distinge:

Capacitate termică masică specifică c. legate de 1 kg de gaz,

capacitate termică specifică a căldurii ". se referă la cantitatea de gaz conținută în 1 m3 de volum în condiții fizice normale, J / (m 3 · K);

capacitatea specifică de căldură specifică, raportată la un kilometru, J / (kmol-K).

Relația dintre încălzirile specifice este stabilită de relațiile evidente :;

Iată densitatea gazelor în condiții normale.

Schimbarea temperaturii corpului cu aceeași cantitate de căldură raportată depinde de natura procesului care apare, astfel încât capacitatea de căldură este o funcție a procesului. Aceasta înseamnă că unul și același corp de lucru, în funcție de proces, necesită pentru încălzirea lui la 1 K o cantitate diferită de căldură. Numeric, valoarea c variază de la + ∞ la -∞.

În calculele termodinamice, următoarele sunt de o mare importanță:

capacitatea de căldură la presiune constantă

egală cu raportul dintre cantitatea de căldură transmisă corpului în proces la o presiune constantă și o modificare a temperaturii corpului dT

capacitatea de căldură la volum constant

egală cu raportul dintre cantitatea de căldură furnizată corpului în proces la un volum constant și o modificare a temperaturii corpului.

În conformitate cu prima lege a termodinamicii pentru sistemele închise în care se produc procese de echilibru și

Pentru un proces isochoric (v = const), această ecuație ia forma și, luând în considerare (1.5), vedem că

adică capacitatea de căldură a unui corp la un volum constant este egală cu derivatul parțial al energiei sale interne cu privire la temperatură și caracterizează rata de creștere a energiei interne într-un proces isochoric cu creșterea temperaturii.

Pentru un gaz ideal

Pentru procesul izobaric () din ecuația (2.16) și (2.14), obținem

Această ecuație prezintă relația dintre încălzirea cp și cv. Pentru gazul ideal este foarte simplificat. De fapt, energia internă a unui gaz ideal este determinată numai de temperatura sa și nu depinde de volum și, prin urmare, în plus, rezultă din ecuația de stare unde

În procesul de v = const termic MSG-gaz de taliu este doar o schimbare în energia sa internă, în timp ce în procesul de p = rata de ardere const și pentru a crește activitatea energetică și co-consummate internă împotriva forțelor externe. Prin urmare, cp este mai mare decât cv prin magnitudinea acestei lucrări.







Pentru gazele reale, deoarece atunci când se extind (la p = const), munca se efectuează nu numai împotriva forțelor exterioare, ci și împotriva forțelor de atracție care acționează între molecule, ceea ce determină o cheltuială suplimentară de căldură.

De obicei, capacitatea de căldură este determinată experimental, însă pentru multe substanțe acestea pot fi calculate prin metodele fizicii statistice.

Valoarea numerică a capacității de căldură a unui gaz ideal face posibilă găsirea teoriei clasice a capacității de căldură, pe baza teoremei privind distribuția uniformă a energiei în ceea ce privește gradele de libertate a moleculelor. Conform acestei teoreme, energia internă a unui gaz ideal este direct proporțională cu numărul de grade de libertate a moleculelor și cu energia kT / 2 per grad de libertate. Pentru 1 mol de gaz

unde N0 este numărul lui Avogadro; i este numărul de grade de libertate (numărul de coordonate independente care trebuie specificate pentru a determina complet poziția moleculei în spațiu).

Molecula unui gaz monatomic are trei grade de libertate, în mod corespunzător trei componente în direcția axelor coordonate, pe care se poate descompune mișcarea de translație. molecula de gaz diatomica are cinci grade de libertate, deoarece, în plus față de mișcarea de translație, se poate Vera-schatsya aproximativ două axe perpendiculare pe linia care leagă atomii (depozitele de energie ale rotației în jurul axei care leagă atomii este egală cu zero, în cazul în care atomii sunt considerate ca puncte). Molecula unui triatomic și în general a unui gaz polatomic are șase grade de libertate: trei de translație și trei de rotație.

Deoarece pentru un gaz ideal, capacitățile de căldură molară ale gazelor unice, duble și polatomice sunt co-receptive:

Rezultatele teoriei clasice a undelor de căldură sunt în acord cu datele experimentale din regiunea temperaturii camerei (Tabelul 2.1), dar concluzia principală despre independența temperaturii experimentului nu o confirmă. Discrepanțele, care sunt deosebit de semnificative în regiunea temperaturilor scăzute și suficient de ridicate, sunt asociate cu comportamentul cuantic al moleculelor și găsesc explicații în cadrul teoriei cuantice a capacității de căldură.

Capacitatea de căldură a unor gaze la t = 0 ° C într-o stare ideală de gaz

Numărul de grade de libertate

Această teorie stabilește, mai presus de toate, nedreptatea teoremei privind distribuția uniformă a energiei în ceea ce privește gradul de libertate în regiunea temperaturilor scăzute și ridicate. Cu o scădere a temperaturii gazului, numărul de grade de libertate a moleculei "îngheață". Astfel, pentru o moleculă diatomica proish-dit „înghețarea“ a gradelor de libertate de rotație, și are cinci în loc de trei grade de libertate, și, prin urmare, o capacitate mai mică de energie vnut-rennyuyu și căldură. Cu creșterea temperaturii, ea moleculele poliatomice continuă pro-excitație gradelor interne de libertate din cauza apariției mișcării de vibrație th atomi în moleculă (molecula sute novitsya oscilator). Aceasta duce la o creștere a energiei interne și, în consecință, a capacității de încălzire cu temperatură în creștere.

Capacitatea de căldură a unui gaz real depinde de presiune, cu toate acestea, foarte puțin.

Deoarece caldura specifică a unui gaz real depinde de temperatură, în termodinamică se disting capacitățile de căldură reale și medii.

Capacitatea medie de căldură a acestui proces în intervalul de temperaturi de la t1 la t2 este raportul dintre cantitatea de căldură furnizată la gaz și diferența dintre temperatura finală și cea inițială:

determină căldura specifică la o anumită temperatură sau așa-numita capacitate reală de căldură. Rezultă de la

Pentru calcule practice, capacitatea de căldură a tuturor substanțelor este redusă la mese, iar pentru a reduce volumul tabelelor, capacitățile medii de căldură sunt aduse în acestea pentru intervalul de temperaturi de la 0 la t.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: