Теплоемкость, закон Джоуля, уравнение Роберта Майера. Способы измерения теплоемкостей твердых и жидких тел.
Теплоемкость тела или системы - скалярная физическая величина, характеризующая процесс теплообмена и равная количеству тела, полученному системой при изменении его температуры на один кельвин.
ДЖОУЛЯ ЗАКОН - закон термодинамики, согласно к-рому внутренняя энергия идеального газа является ф-цией одной лишь темп-ры и не зависит от объёма. Установлен экспериментально Дж. П. Джоулем в 1845. Д. з. является следствием второго начала термодинамики. Из условия, что приращение энтропии есть полный дифференциал, следует для производной внутр. энергии U по объёму V при пост. темп-ре T:
где P - давление. Для идеального газа, удовлетворяющего ур-нию Клапейрона, PV=RT, где R - газовая постоянная, , это и есть Д. з. Степень справедливости Д. з. для газов малой плотности можно оценить по величине Джоуля-Томсона эффекта. Для идеального газа эффект отсутствует. Д. з. легко получить в кинетич. теории газов: поскольку в идеальном газе отсутствует взаимодействие между молекулами, изменение расстояний между ними (объёма) не меняет внутр. энергии. Д. H. Зубарев.
Для любого идеального газа справедливо соотношение Майера:
,
где — универсальная газовая постоянная, — молярная теплоёмкость при постоянном давлении, — молярная теплоёмкость при постоянном объёме.
Уравнение Майера вытекает из первого начала термодинамики, примененного к изобарному процессу в идеальном газе:
,
в рассматриваемом случае:
|
|
.
Очевидно, уравнение Майера показывает, что различие теплоёмкостей газа равно работе, совершаемой одним молем идеального газа при изменении его температуры на 1 K, и разъясняет смысл универсальной газовой постоянной — механический эквивалент теплоты.
Теплоемкости жидкостей и твердых тел. Жидкости и твер дые тела в отличие от газов обладают малой сжимаемостью. Поэ тому и жидкостей и твердых тел не имеют столь замет ного различия, как у газов. Например, для железа / =1,02 .
Движение атомов в твердом теле имеет колебательный харак тер. Каждый из них имеет 3 колебательные степени свободы (любое колебание можно представить как сумму трех колебаний, происхо дящих во взаимно перпендикулярных направлениях) . По теореме Больцмана на каждую колебательную степень свободы приходится энергия . Отсюда следует, что на I атом твердого тела приходится энергия 3, а вклад колебательного движения во внутреннюю энергию I моля составляет 3RT . В соот ветствии с определением теплоемкости имеем, что теплоемкость I моля любого твердого тела Это утверждение на зывают законом Дюлонга и Пти.
Измерение теплоемкостей твердых и жидких тел обычно проводится с помощью калориметра, заполненного водой или дру гой жидкостью. Твердое тело известной массы, нагретое до из вестной температуры, быстро переносится из нагревателя в калориметр, отдавая ему некоторое количество теплоты. Измерив после опыта общую для тела и калориметра температуру, зная начальные температуры, массы всех тел и удельные теплоемкости жидкости и материала калориметра, можно вычислить неизвестную теплоемкость твердого тела но уравнению теплового баланса. Этим же методом можно изучать теплоемкость жидкости.
|
|
Из теплоемкостей газов непосредственно можно измерить лишь. Для этого некоторую массу газа при определенном по стоянном давлении пропускают через змеевик, погруженный в калориметр. Измеряя температуру газа у входа и выхода змееви ка, зная массу пропущенного газа и повышение температуры в калориметре, можно определить. Экспериментально можно определить и отношение теплоемкостей / , а затем, зная, вычислить .
Б 26
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 385; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!