ТЕПЛОЁМКОСТЬ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ТЕПЛОЁМКОСТЬ, C, количество теплоты, поглощаемой (выделяемой) телом в процессе нагревания (остывания) на 1°; точнее – отношение количества теплоты, поглощаемой (выделяемой) телом при бесконечно малом изменении его темп-ры, к величине этого изменения. В СИ Т. измеряется в Дж/К. Т. единицы массы вещества называют удельной Т., 1 моля вещества – молярной (мольной) Т.; эти величины, как правило, обозначают c и измеряют соответственно в Дж/(кг·К) и Дж/(моль·К).
Количество теплоты, поглощаемой (выделяемой) телом при изменении его темп-ры, так же как и Т. этого тела, зависит от способа, которым был осуществлён процесс перехода между начальным и конечным состоянием тела. Различают Т. при постоянном давлении (Ср; тело нагревают или охлаждают, поддерживая постоянное давление) и Т. при постоянном объёме (CV; тело нагревают или охлаждают, сохраняя его объём). В первом случае при нагревании часть поступающей к телу теплоты тратится на работу по расширению тела, а часть – на увеличение его внутр. энергии (т. е. собственно на нагревание); во втором случае вся теплота расходуется только на увеличение внутр. энергии. Т. о., Ср всегда больше CV.
Для газов, разреженных настолько, что их можно считать идеальными, разность молярных Т. равна универсальной газовой постоянной R: cp-cV=R. У жидкостей и твёрдых тел разница между cр и cV сравнительно невелика из-за малости коэф. объёмного теплового расширения. При комнатной темп-ре cV всех простых веществ, находящихся в твёрдом состоянии, практически одинакова (Дюлонга и Пти закон). Удельная Т. cp некоторых веществ при атмосферном давлении и темп-ре 20 °С составляет в кДж/(кг·К): меди 0,38, воздуха 1, воды ок. 4,2.
Т. и её зависимость от темп-ры вычисляют теоретически методами статистической физики. Т. обусловлена полным числом степеней свободы частиц тела: поступательным и вращательным движениями молекул, колебаниями атомов внутри молекул или колебаниями ионов вокруг узлов кристаллич. решётки. При темп-рах выше вырождения температуры Т. для каждой из степеней свободы рассчитывается на основе равнораспределения закона (1/2R на каждую из поступательных и вращательных степеней свободы, R – на каждую из колебательных). Напр., Т. одноатомного газа составляет 3/2R, что хорошо согласуется с экспериментом. При расчёте Т. газов, жидкостей и твёрдых тел, имеющих темп-ру ниже темп-ры вырождения, необходимо учитывать квантовые эффекты – прежде всего дискретную структуру спектра энергии тела.
Т., как правило, убывает с понижением темп-ры Т и (в соответствии с третьим началом термодинамики) стремится к нулю при Т→0. Однако вблизи критической точки жидкости или темп-ры фазового перехода 2-го рода Т. резко возрастает. При низких темп-рах Т. диэлектриков и полупроводников пропорциональна Т3 (Дебая закон теплоёмкости). Вклад в Т. металлов вносят не только ионы кристаллич. решётки, но и электроны проводимости (см. Электронная теплоёмкость), однако их вклад в Т. существен лишь при темп-рах, близких к абсолютному нулю.