Основы термодинамики. Теплоемкость

 Основы термодинамики. Теплоемкость

Внутренней энергией тела (системы) называется сумма кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии их взаимодействия и внутримолекулярной энергии.

Передача энергии от одного тела к другому может быть осуществлена двумя способами: первый способ – посредством механического взаимодействия, когда совершается работа механическими или электромагнитными силами; второй способ – посредством теплового взаимодействия, когда энергия передается хаотическим движением молекул за счет теплопроводности или теплового излучения. Количество энергии, передаваемое при тепловом взаимодействии тел, называется количеством тепла (или просто теплом).

В системе СИ теплота измеряется в джоулях. Однако, она может измеряться и в особых единицах – калориях (кал):

1 кал = 4,1868 Дж

При нагревании тела единичной массы от температуры t₀ до температуры t=t₀+Δt необходимо сообщить ему количество тепла ΔQ. Средней удельной теплоемкостью в данном интервале температур (t–t₀) называется величина отношения ΔQ/Δt. Предел этого отношения

есть, по определению, истинная удельная теплоемкость при температуре t₀. Истинная удельная теплоемкость зависит от температуры. Однако в большинстве случаев этой зависимостью пренебрегают и считают, что истинная удельная теплоемкость (или просто удельная теплоемкость) численно равна количеству тепла, которое необходимо сообщить телу единичной массы для повышения его температуры от t °C до (t+1) °С при любом t.

Количество тепла ΔQ, полученное телом массы m при увеличении его температуры на Δt, равно

1)

где

c

—

удельная теплоемкость.

Теплоемкость веществ зависит от условий нагревания. Теплоемкость при изобарическом процессе (нагревание происходит при постоянном давлении) называется теплоемкостью при постоянном давлении (c_р). Теплоемкость при изохорическом процессе (нагревание осуществляется при постоянном объеме) называется теплоемкостью при постоянном объеме (c_v). Всегда cр > c_v; для веществ в твердом состоянии теплоемкости c_р и c_v незначительно отличаются друг от друга.

Единицы измерения удельной теплоемкости:

Дж/кг·град (СИ), кал/г·град

Сумма количества тепла ΔQ, которое получает тело при нагревании, и работы ΔA, которая производится им при этом процессе, равна изменению внутренней энергии ΔU (первый закон термодинамики):

ΔQ + ΔA = ΔU

Изменение ΔU определяется конечным и начальным состояниями и не зависит от процесса нагревания; ΔQ и ΔA зависят от процесса перехода.

Тепло не может самопроизвольно перейти от более холодного тела к более горячему без каких-либо других изменений в системе (второй закон термодинамики).

Теплоемкость любого тела при приближении к абсолютному нулю стремится к нулю (третий закон термодинамики).