Основні теоретичні відомості. Питомою теплоємністю с називається фізична величина, що визначається кількістю теплоти, необхідної для нагрівання 1 кг речовини на 1 К

Питомою теплоємністю с н азивається фізична величина, що визначається кількістю теплоти, необхідної для нагрівання 1 кг речовини на 1 К.

Використовують також поняття молярної теплоємності С_m − вона дорівнює теплоті, необхідній для нагрівання 1 моля речовини на 1 К.

Між питомою с і молярною С_m теплоємностями існує залежність:

С_m = сm, (1)

де m − молярна маса речовини.

Одиницею кількості теплоти в СI є джоуль (Дж), одиницею питомої теплоємності є джоуль на кілограм-кельвін [Дж/(кг×К)]; молярної теплоємності джоуль на моль-кельвін [Дж/(моль×К)].

Теплоємність газу залежить від умов його нагрівання. Якщо газ нагрівається ізохорично (тобто за сталого об’єму V), то кількість теплоти, що підводиться до нього, витрачається тільки на збільшення внутрішньої енергії цього газу. Якщо газ нагрівається у ізобаричному процесі (тиск р сталий), то частина теплоти витрачається на збільшення внутрішньої енергії газу, а частина ¾ на роботу розширення цього газу. Тому використовують такі види теплоємності: питома теплоємність, виміряна за постійного об’єму с_V і питома теплоємність за постійного тиску с_р.

Теплоємності за сталого тиску і сталого об’єму пов’язані між собою певними співвідношеннями. Одне з них називається рівнянням Майєра:

С_mp − С_mV = R. (2)

Тут R − універсальна газова стала; величина, яка чисельно дорівнює роботі 1 моля газу під час його ізобаричного нагрівання на 1 К: R = 8,31Дж / (моль ·К).

Застосовуючи статистичні методи, можна теоретично виразити теплоємність газу через ступені вільності молекул:

С_mV = ; (3)

С_mp= + R, (4)

де і − число ступенів вільності молекул газу, тобто це число можливих незалежних рухів молекули, за допомогою яких молекула може змінити своє положення в просторі.

З формул (3) і (4) знаходимо:

. (5)

Це відношення залежить від числа ступенів вільності молекул газу. Так, в одноатомних молекулах газу і=3, g=5/3 1,67; у двохатомних − і=5, g=7/5 1,4; у триатомних − і=6, g=4/3 1,33.

Відношення питомих теплоємностей газу с_Р/с_V входить до рівняння Пуассона, яке пов’язує об’єм V і тиск р ідеального газу в адіабатному процесі:

рV^g=const.

Адіабатним називається процес, що проходить без теплообміну з навколишнім середовищем. Процес дуже швидкого стиснення або розширення газу є найбільш наближеним до адіабатного.

Із першого принципу термодинаміки (dQ=dA+dU) для адіабатного процесу випливає, що

dA = - dU, (6)

де dA − елементарна робота; dU − зміна внутрішньої енергії газу.

При розширенні газу його внутрішня енергія зменшується і він охолоджується, при стисненні − внутрішня енергія зростає, газ нагрівається.

Прилади та обладнання: посудина (скляний балон) з кранами; водяний манометр; гумова груша.

Дата добавления: 2015-05-24