Сборник задач по физике Курс лекций по физике Оптика Кинематика Теплопроводность

Лекции по физике теория газов

Понятие теплоемкости.

Когда одинаковое количество энергии передано телам равной массы, но состоящих из разных веществ, то повышение температуры этих тел неодинаково. Свойство вещества, от которого зависит различие температур тел при нагревании, называют теплоемкостью вещества.

Количество теплоты, необходимое для повышения температуры тела на 10К (10С), является характеристической величиной для данного тела. Эта величина получила название теплоемкости тела.

Теплоемкость тела это физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить телу, чтобы изменить его температуру на 10К.

Теплоемкость вещества — теплоемкость единицы массы данного вещества. Единицы измерения — Дж/(кг К).

То есть в других словах, если например удельная теплоемкость воды равняется 4,2 кДж/(кг*К) - это значит, что для того, чтобы нагреть один кг воды на один градус, необходимо передать этому кг воды 4,2 кДж энергии.

Удельная теплоемкость для любого вещества зависит от температуры и агрегатного состояния вещества.

Если продолжать пример с водой, то ее удельная теплоемкость для 0°С равняется 4,218, а при 40°С 4,178 кДж/(кг*К). Для льда теплоемкость еще ниже -- 2,11 кДж/(кг*К) для льда с температурой 0°С.

Удельные теплоемкости многих веществ приведены в справочниках обычно для процесса при постоянном давлении.

Что касается воды, необходимо отметить, что это жидкость с самым высоким значением удельной теплоемкости. Другими словами, чтобы обеспечить заданное количество температуры, вода должна поглотить или отдать количество тепла значительно больше, чем любое другое тело такой же массы.

В связи с этим становится понятным интерес к воде, когда нужно обеспечить искусственный теплообмен.

Теплоемкость и сама зависит от температуры: нагрев тела от 0 до 10С, или от 99 до 1000С, требует различных количеств теплоты.

Если при нагревании тела от Т1 до Т2 оно получило количество теплоты Q, то теплоемкость тела будет численно равна:

  . (1)

Если в состав тела входит только одно вещество, то теплоемкость этого тела пропорциональна его массе: .

Коэффициент пропорциональности с, характеризующий данное вещество, называется его удельной теплоемкостью.

Удельная теплоемкость вещества это физическая величина, численно равная количеству теплоты, необходимому для повышения температуры единицы массы (1 кг) вещества на 10К.

Если при нагревании тела массой  от Т1 до Т2 оно получило количество теплоты Q, то теплоемкость вещества, из которого изготовлено это тело будет численно равна:

   . (2)

Методы молекулярно-кинетической теории применяются при объяснении природы теплоемкости твердого тела. Простейшей моделью кристаллического строения твердого тела является правильно построенная кристаллическая решетка, в узлах которой помещаются атомы, совершающие тепловые колебания около положений равновесия. Передача тепла твердому телу от другого тела или из окружающей среды заставляет эти атомы колебаться быстрее. Энергия колебаний атомов складывается из кинетической и потенциальной.

Изотермический процесс

 Для него Т-const. Например, процессы кипения, конденсации, плавления и кристаллизации химически чистых веществ происходят при постоянной температуре, если внешнее давление постоянно.

 Для идеального газа при Т=const выполняется закон Бойля-Мариотта PV=const. Диаграмма изотермического процесса (изотерма) изображена на рис.5. Процесс 1-2 соответствует нагреванию газа, а процесс 2-1 – охлаждению его.

 Внутренняя энергия идеального газа в изотермическом процессе не изменяется, т.е. =0, так как Т=const и dT=0. Таким образом из ПНТ () следует, что , т.е. вся теплота, сообщаемая газу, расходуется на

совершение им работы против внешних сил:

  , (19)

где n=m/M – число молей.

 Процесс 1-2 (см.рис.5) соответствует изотермическому расширению газа, в этом случае Q12>0 и A12>0. Обратный процесс 2-1 соответствует изотермическому сжатию газа, для него Q12<0 и A12<0.

Теплопроводность. Перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц называется теплопроводностью. Процесс теплопередачи не сопровождается переносом вещества. Различные вещества имеют различную теплопроводность. Наименьшей теплопроводностью обладает вакуум (пустота), так как в нем нет частиц, которые могли бы обмениваться энергией. Чем меньше частиц в веществе, тем меньше его теплопроводность (газы).
На главную