ТЕПЛОЁМКОСТЬ

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 (С_р; те­ло на­гре­ва­ют или ох­ла­ж­да­ют, под­дер­жи­вая по­сто­ян­ное дав­ле­ние) и Т. при по­сто­ян­ном объ­ё­ме (C_V; 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., С_р все­гда боль­ше C_V.

Для га­зов, раз­ре­жен­ных на­столь­ко, что их мож­но счи­тать иде­аль­ны­ми, раз­ность мо­ляр­ных Т. рав­на уни­вер­саль­ной га­зо­вой по­сто­ян­ной R: c_p-c_V=R. У жид­ко­стей и твёр­дых тел раз­ни­ца ме­ж­ду c_р и c_V срав­ни­тель­но не­ве­ли­ка из-за ма­ло­сти ко­эф. объ­ём­но­го те­п­ло­во­го рас­ши­ре­ния. При ком­нат­ной темп-ре c_V всех про­стых ве­ществ, на­хо­дя­щих­ся в твёр­дом со­стоя­нии, прак­ти­че­ски оди­на­ко­ва (Дю­лон­га и Пти за­кон). Удель­ная Т. c_p 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.