Специфічна теплова безмежна фізика

Теплоємність вимірює кількість тепла, необхідну для підвищення температури об’єкта або системи на один градус Цельсія.

Мета навчання

Поясніть ентальпію в системі з постійним об’ємом і тиском

Ключові винос

Ключові моменти

Теплоємність - це вимірювана фізична величина, яка характеризує кількість тепла, необхідного для зміни температури речовини на задану кількість. Вимірюється в джоулях на кельвіна і дається.
Теплоємність - це велика властивість, яка змінюється залежно від розміру системи.
Теплоємність більшості систем не є постійною (хоча її часто можна розглядати як таку). Це залежить від температури, тиску та обсягу розглянутої системи.

Ключові терміни

теплоємність: Кількість теплової енергії, необхідна для підвищення температури предмета або одиниці речовини на один градус Цельсія; в одиницях джоулів на кельвін (J/K).
ентальпія: загальна кількість енергії в системі, включаючи як внутрішню енергію, так і енергію, необхідну для витіснення її середовища

Теплоємність

Теплоємність (зазвичай позначається великою С, часто з індексами), або теплова потужність - це вимірювана фізична величина, яка характеризує кількість тепла, необхідного для зміни температури речовини на задану кількість. В одиницях СІ теплоємність виражається в одиницях джоулів на кельвін (Дж/К).

Теплоємність об’єкта (символ С) визначається як відношення кількості теплової енергії, що передається об’єкту, до результуючого підвищення температури об’єкта.

Теплоємність є великою властивістю, тому вона змінюється залежно від розміру системи. Зразок, що містить подвійну кількість речовини, ніж інший зразок, вимагає передачі вдвічі більше тепла (Q) для досягнення тієї ж зміни температури (ΔT). Наприклад, якщо для нагрівання блоку заліза потрібно 1000 Дж, знадобиться 2000 Дж, щоб нагріти другий блок заліза з подвоєною масою, ніж перший.

Вимірювання теплової потужності

Теплоємність більшості систем не є постійною. Швидше, це залежить від змінних стану досліджуваної термодинамічної системи. Зокрема, це залежить від самої температури, а також від тиску та обсягу системи, а також від способів зміни тиску та обсягу, коли система переходить від однієї температури до іншої. Причиною цього є те, що робота, яка виконується системою під тиском, підвищує її температуру за допомогою іншого механізму, крім нагрівання, тоді як робота, яка виконується системою під тиском, поглинає тепло, не підвищуючи температуру системи. (Залежність від температури полягає в тому, чому визначення калорії формально є енергією, необхідною для нагрівання 1 г води від 14,5 до 15,5 ° C, а не зазвичай на 1 ° C.)

Тому можна проводити різні вимірювання теплоємності, найчастіше при постійному тиску та постійному обсязі. Виміряні таким чином значення зазвичай підписуються (на p та V відповідно) для позначення визначення. Гази та рідини, як правило, також вимірюються при постійному обсязі. Вимірювання під постійним тиском дають більші значення, ніж показники при постійному обсязі, оскільки значення постійного тиску також включають теплову енергію, яка використовується для розширення речовини проти постійного тиску при підвищенні температури. Ця різниця особливо помітна у газах, де значення під постійним тиском, як правило, перевищують значення від 30% до 66,7%, ніж значення при постійному обсязі.

Термодинамічні співвідношення та визначення теплоємності

Внутрішня енергія замкнутої системи змінюється або додаванням тепла до системи, або системою, що виконує роботу. Згадавши перший закон термодинаміки,

[латекс] \ text = \ delta \ text- \ delta \ text [/ латекс].

Для роботи в результаті збільшення обсягу системи ми можемо написати,

Якщо тепло додається при постійному обсязі, тоді другий доданок цього відношення зникає і один легко отримує

Це визначає теплоємність при постійному обсязі, CV. Інша корисна величина - теплоємність при постійному тиску, CP. З ентальпією системи, заданою

наше рівняння для dU змінюється на

і тому при постійному тиску маємо