Kapasitas kalor jenis suatu zat adalah. Kapasitas Panas Spesifik: Definisi, Nilai, Contoh

Air adalah salah satu zat yang paling menakjubkan. Meskipun penggunaan luas dan digunakan di mana-mana, itu adalah misteri alam yang nyata. Menjadi salah satu senyawa oksigen, tampaknya air memiliki karakteristik yang sangat rendah seperti pembekuan, panas penguapan, dll. Tapi ini tidak terjadi. Kapasitas panas air saja, terlepas dari segalanya, sangat tinggi.

Air mampu menyerap sejumlah besar panas, sementara itu sendiri praktis tidak memanas - ini adalah fitur fisiknya. air sekitar lima kali lebih tinggi dari kapasitas panas pasir, dan sepuluh kali lebih tinggi dari besi. Oleh karena itu, air merupakan pendingin alami. Kemampuannya untuk terakumulasi sejumlah besar energi memungkinkan Anda untuk menghaluskan fluktuasi suhu di permukaan bumi dan mengatur rezim termal di seluruh planet, dan ini terjadi terlepas dari waktu dalam setahun.

Ini properti unik air memungkinkan untuk digunakan sebagai refrigeran dalam industri dan dalam kehidupan sehari-hari. Selain itu, air merupakan bahan baku yang banyak tersedia dan relatif murah.

Apa yang dimaksud dengan kapasitas panas? Sebagaimana diketahui dari mata kuliah termodinamika, perpindahan panas selalu terjadi dari benda panas ke benda dingin. Di mana kita sedang berbicara tentang transisi sejumlah panas tertentu, dan suhu kedua benda, sebagai karakteristik keadaan mereka, menunjukkan arah pertukaran ini. Dalam proses benda logam dengan air dengan massa yang sama pada suhu awal yang sama, logam mengubah suhunya beberapa kali lebih banyak daripada air.

Jika kita mengambil sebagai postulat pernyataan utama termodinamika - dari dua benda (terisolasi dari yang lain), selama pertukaran panas, satu melepaskan dan yang lain menerima jumlah panas yang sama, maka menjadi jelas bahwa logam dan air memiliki panas yang sama sekali berbeda. kapasitas.

Dengan demikian, kapasitas panas air (serta zat apa pun) adalah indikator yang mencirikan kemampuan zat tertentu untuk memberi (atau menerima) beberapa selama pendinginan (pemanasan) per satuan suhu.

Kapasitas kalor jenis suatu zat adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk memanaskan satu unit zat ini (1 kilogram) sebesar 1 derajat.

Jumlah panas yang dilepaskan atau diserap oleh suatu benda sama dengan produk dari kapasitas panas spesifik, massa dan perbedaan suhu. Itu diukur dalam kalori. Satu kalori persis jumlah panas yang cukup untuk memanaskan 1 g air sebesar 1 derajat. Sebagai perbandingan: kapasitas kalor jenis udara adalah 0,24 kal/g °C, aluminium 0,22, besi 0,11, dan merkuri 0,03.

Kapasitas panas air tidak konstan. Dengan peningkatan suhu dari 0 hingga 40 derajat, itu sedikit menurun (dari 1,0074 menjadi 0,9980), sedangkan untuk semua zat lain, karakteristik ini meningkat selama pemanasan. Selain itu, dapat menurun dengan meningkatnya tekanan (di kedalaman).

Seperti yang Anda ketahui, air memiliki tiga keadaan agregasi - cair, padat (es) dan gas (uap). Pada saat yang sama, kapasitas panas spesifik es kira-kira 2 kali lebih rendah daripada air. Ini adalah perbedaan utama antara air dan zat lain, yang kapasitas panas spesifiknya dalam keadaan padat dan cair tidak berubah. Apa rahasianya di sini?

Faktanya adalah es memiliki struktur kristal, yang tidak langsung runtuh saat dipanaskan. Air mengandung partikel kecil es, yang terdiri dari beberapa molekul dan disebut rekanan. Ketika air dipanaskan, sebagian dihabiskan untuk penghancuran ikatan hidrogen dalam formasi ini. Ini menjelaskan kapasitas panas air yang luar biasa tinggi. Ikatan antara molekul-molekulnya benar-benar hancur hanya ketika air berubah menjadi uap.

Kapasitas panas spesifik pada suhu 100 ° C hampir tidak berbeda dari es pada 0 ° C. Ini sekali lagi menegaskan kebenaran penjelasan ini. Kapasitas panas uap, seperti kapasitas panas es, sekarang jauh lebih dipahami daripada air, di mana para ilmuwan belum mencapai konsensus.

Setiap anak sekolah menemukan dalam pelajaran fisika dengan konsep seperti "kapasitas panas spesifik". Dalam kebanyakan kasus, orang melupakan definisi sekolah, dan seringkali tidak mengerti arti istilah ini sama sekali. Di universitas teknik, sebagian besar siswa cepat atau lambat akan bertemu panas spesifik. Mungkin, sebagai bagian dari studi fisika, atau mungkin seseorang akan memiliki disiplin seperti "rekayasa panas" atau "termodinamika teknis". Dalam hal ini, Anda harus ingat kurikulum sekolah. Nah, di bawah ini adalah pengertian, contoh, arti dari beberapa zat.

Definisi

Kapasitas panas spesifik adalah besaran fisika yang mencirikan berapa banyak panas yang harus diberikan ke satu satuan zat atau dikeluarkan dari satu satuan zat agar suhunya berubah satu derajat. Penting untuk membatalkan bahwa tidak masalah, derajat Celcius, Kelvin dan Fahrenheit, yang utama adalah perubahan suhu per unit.

Kapasitas panas spesifik memiliki unit pengukurannya sendiri - in sistem internasional satuan (SI) - Joule dibagi dengan produk kilogram dan derajat Kelvin, J / (kg K); unit di luar sistem adalah rasio kalori dengan produk dari satu kilogram dan derajat Celcius, kal/(kg °C). Nilai ini paling sering dilambangkan dengan huruf c atau C, terkadang indeks digunakan. Misalnya, jika tekanannya konstan, maka indeksnya adalah p, dan jika volumenya konstan, maka v.

Variasi Definisi

Beberapa rumusan definisi yang dibahas kuantitas fisik. Selain di atas, definisi dianggap dapat diterima, yang menyatakan bahwa kapasitas panas spesifik adalah rasio nilai kapasitas panas suatu zat terhadap massanya. Dalam hal ini, perlu dipahami dengan jelas apa itu "kapasitas panas". Jadi, kapasitas kalor disebut besaran fisis yang menunjukkan berapa banyak kalor yang harus dibawa ke tubuh (zat) atau dikeluarkan untuk mengubah nilai suhunya satu per satu. Kapasitas panas spesifik dari massa zat yang lebih besar dari satu kilogram ditentukan dengan cara yang sama seperti untuk nilai tunggal.

Beberapa contoh dan makna untuk berbagai zat

Telah ditemukan secara eksperimental bahwa untuk zat yang berbeda pengertian ini berbeda. Misalnya, kapasitas kalor jenis air adalah 4,187 kJ/(kg K). Paling sangat penting besaran fisika ini untuk hidrogen adalah 14,300 kJ / (kg K), yang terkecil untuk emas adalah 0,129 kJ / (kg K). Jika Anda membutuhkan nilai untuk zat tertentu, maka Anda perlu mengambil buku referensi dan menemukan tabel yang sesuai, dan di dalamnya - nilai yang Anda minati. Namun teknologi modern memungkinkan Anda untuk mempercepat proses pencarian di waktu - cukup pada ponsel apa pun yang memiliki opsi untuk memasuki World Wide Web, ketik pertanyaan yang menarik di bilah pencarian, mulai pencarian dan cari jawaban berdasarkan hasil . Dalam kebanyakan kasus, Anda perlu mengklik tautan pertama. Namun, terkadang Anda tidak perlu pergi ke tempat lain sama sekali - in Deskripsi Singkat informasi menunjukkan jawaban atas pertanyaan.

Zat yang paling umum yang mereka cari untuk kapasitas panas, termasuk panas spesifik, adalah:

udara (kering) - 1,005 kJ / (kg K),
aluminium - 0,930 kJ / (kg K),
tembaga - 0,385 kJ / (kg K),
etanol - 2,460 kJ / (kg K),
besi - 0,444 kJ / (kg K),
merkuri - 0,139 kJ / (kg K),
oksigen - 0,920 kJ / (kg K),
kayu - 1.700 kJ/(kg K),
pasir - 0,835 kJ/(kg K).

Kapasitas panas adalah kemampuan untuk menyerap sejumlah panas selama pemanasan atau memberikannya ketika didinginkan. Kapasitas panas suatu benda adalah rasio jumlah panas yang sangat kecil yang diterima benda dengan peningkatan yang sesuai dalam indikator suhunya. Nilai diukur dalam J/K. Dalam praktiknya, nilai yang sedikit berbeda digunakan - kapasitas panas spesifik.

Definisi

Apa yang dimaksud dengan kapasitas panas spesifik? Ini adalah kuantitas yang terkait dengan satu jumlah zat. Dengan demikian, jumlah suatu zat dapat diukur dalam meter kubik, kilogram, atau bahkan dalam mol. Itu tergantung pada apa? Dalam fisika, kapasitas kalor bergantung langsung pada satuan kuantitatif yang dirujuk, yang berarti bahwa kapasitas kalor dibedakan antara kapasitas kalor molar, massa, dan volumetrik. Dalam industri konstruksi, Anda tidak akan bertemu dengan pengukuran molar, tetapi dengan orang lain - sepanjang waktu.

Apa yang mempengaruhi kapasitas panas spesifik?

Anda tahu apa itu kapasitas panas, tetapi nilai apa yang mempengaruhi indikator belum jelas. Nilai kapasitas panas spesifik dipengaruhi secara langsung oleh beberapa komponen: suhu zat, tekanan dan karakteristik termodinamika lainnya.

Ketika suhu produk naik, kapasitas panas spesifiknya meningkat, namun, zat tertentu berbeda dalam kurva yang sepenuhnya non-linier dalam ketergantungan ini. Misalnya, dengan peningkatan indikator suhu dari nol menjadi tiga puluh tujuh derajat, kapasitas panas spesifik air mulai berkurang, dan jika batasnya antara tiga puluh tujuh dan seratus derajat, maka indikator, sebaliknya, akan meningkat.

Perlu dicatat bahwa parameter juga tergantung pada bagaimana karakteristik termodinamika produk (tekanan, volume, dan sebagainya) dibiarkan berubah. Misalnya, panas jenis pada tekanan stabil dan pada volume stabil akan berbeda.

Bagaimana cara menghitung parameternya?

Apakah Anda tertarik pada apa kapasitas panasnya? Rumus perhitungannya adalah sebagai berikut: C \u003d Q / (m T). Apa nilai-nilai ini? Q adalah jumlah panas yang diterima produk saat dipanaskan (atau dilepaskan oleh produk selama pendinginan). m adalah massa produk, dan T adalah perbedaan antara suhu akhir dan awal produk. Di bawah ini adalah tabel kapasitas panas beberapa bahan.

Apa yang bisa dikatakan tentang perhitungan kapasitas panas?

Menghitung kapasitas panas bukanlah tugas yang mudah, apalagi jika hanya metode termodinamika yang digunakan, tidak mungkin dilakukan dengan lebih tepat. Oleh karena itu, fisikawan menggunakan metode fisika statistik atau pengetahuan tentang struktur mikro produk. Bagaimana cara menghitung gas? Kapasitas panas suatu gas dihitung dari perhitungan energi rata-rata gerak termal molekul individu dalam suatu zat. Pergerakan molekul dapat berupa jenis translasi dan rotasi, dan di dalam molekul dapat ada atom utuh atau getaran atom. Statistik klasik mengatakan bahwa untuk setiap derajat kebebasan gerakan rotasi dan translasi, ada nilai molar, yang sama dengan R / 2, dan untuk setiap derajat kebebasan getaran, nilainya sama dengan R. Aturan ini juga disebut hukum ekuipartisi.

Dalam hal ini, partikel gas monoatomik hanya berbeda tiga derajat kebebasan translasi, dan oleh karena itu kapasitas panasnya harus sama dengan 3R/2, yang sangat sesuai dengan eksperimen. Setiap molekul gas diatomik memiliki tiga derajat kebebasan translasi, dua rotasi dan satu vibrasi, yang berarti bahwa hukum ekuipartisi akan menjadi 7R/2, dan pengalaman menunjukkan bahwa kapasitas panas satu mol gas diatomik pada suhu biasa adalah 5R/ 2. Mengapa ada perbedaan dalam teori? Ini disebabkan oleh fakta bahwa ketika menetapkan kapasitas panas, perlu mempertimbangkan perbedaan efek kuantum dengan kata lain, gunakan statistik kuantum. Seperti yang Anda lihat, kapasitas panas adalah konsep yang agak rumit.

Mekanika kuantum mengatakan bahwa setiap sistem partikel yang berosilasi atau berputar, termasuk molekul gas, dapat memiliki nilai energi diskrit tertentu. Jika energi gerak termal dalam sistem terpasang tidak cukup untuk membangkitkan osilasi frekuensi yang diperlukan, maka osilasi ini tidak berkontribusi pada kapasitas panas sistem.

PADA padatan Oh gerakan termal atom adalah fluktuasi lemah dekat posisi kesetimbangan tertentu, ini berlaku untuk node dari kisi kristal. Sebuah atom memiliki tiga derajat kebebasan vibrasi dan, menurut hukum, kapasitas panas molar padatan sama dengan 3nR, di mana n adalah jumlah atom yang ada dalam molekul. Dalam praktiknya, nilai ini adalah batas di mana kapasitas panas tubuh cenderung pada suhu tinggi. Nilai dicapai dengan perubahan suhu normal di banyak elemen, ini berlaku untuk logam, serta senyawa sederhana. Kapasitas panas timbal dan zat lain juga ditentukan.

Apa yang bisa dikatakan tentang suhu rendah?

Kita sudah tahu apa itu kapasitas panas, tetapi jika kita berbicara tentang suhu rendah, lalu bagaimana cara menghitung nilainya? Jika kita berbicara tentang indikator suhu rendah, maka kapasitas panas benda padat ternyata proporsional T 3 atau yang disebut hukum Debye tentang kapasitas kalor. Kriteria utama untuk membedakan kinerja tinggi suhu dari rendah, adalah perbandingan biasa mereka dengan karakteristik parameter zat tertentu - ini dapat menjadi karakteristik atau suhu Debye q D . Nilai yang disajikan ditentukan oleh spektrum getaran atom dalam produk dan sangat bergantung pada struktur kristal.

Dalam logam, elektron konduksi memberikan kontribusi tertentu pada kapasitas panas. Bagian dari kapasitas panas ini dihitung menggunakan statistik Fermi-Dirac, yang memperhitungkan elektron. Kapasitas panas elektronik suatu logam, yang sebanding dengan kapasitas panas biasa, adalah nilai yang relatif kecil, dan berkontribusi pada kapasitas panas logam hanya pada suhu yang mendekati nol mutlak. Kemudian kapasitas panas kisi menjadi sangat kecil dan dapat diabaikan.

Kapasitas panas massa

Kapasitas panas jenis massa adalah jumlah panas yang diperlukan untuk dibawa ke satu satuan massa suatu zat untuk memanaskan produk per satuan suhu. Nilai ini dilambangkan dengan huruf C dan diukur dalam joule dibagi dengan kilogram per kelvin - J / (kg K). Ini semua yang menyangkut kapasitas panas massa.

Apa yang dimaksud dengan kapasitas panas volumetrik?

Kapasitas panas volumetrik adalah jumlah panas tertentu yang perlu dibawa ke satu unit volume produksi untuk memanaskannya per unit suhu. Itu diukur dalam joule dibagi dengan meter kubik per kelvin atau J / (m³ K). Dalam banyak buku referensi bangunan, yang dipertimbangkan adalah kapasitas panas spesifik massa dalam pekerjaan.

Aplikasi praktis kapasitas panas dalam industri konstruksi

Banyak bahan intensif panas secara aktif digunakan dalam konstruksi dinding tahan panas. Ini sangat penting untuk rumah yang ditandai dengan pemanasan berkala. Misalnya, oven. Produk dan dinding intensif panas yang dibangun darinya mengakumulasi panas dengan sempurna, menyimpannya selama periode waktu pemanasan dan secara bertahap melepaskan panas setelah sistem dimatikan, sehingga memungkinkan Anda mempertahankan suhu yang dapat diterima sepanjang hari.

Jadi, semakin banyak panas yang disimpan dalam struktur, semakin nyaman dan stabil suhu di dalam ruangan.

Perlu dicatat bahwa batu bata dan beton biasa yang digunakan dalam konstruksi perumahan memiliki kapasitas panas yang jauh lebih rendah daripada polistiren yang diperluas. Jika kita mengambil ecowool, maka memakan panas tiga kali lebih banyak daripada beton. Perlu dicatat bahwa dalam rumus untuk menghitung kapasitas panas, tidak sia-sia ada massa. Karena massa beton atau batu bata yang sangat besar, dibandingkan dengan ecowool, ini memungkinkan akumulasi panas dalam jumlah besar di dinding batu struktur dan menghaluskan semua fluktuasi suhu harian. Hanya sebagian kecil isolasi di semua rumah bingkai, meskipun kapasitas panasnya bagus, adalah zona terlemah untuk semua teknologi bingkai. Menyelesaikan masalah ini, akumulator panas yang mengesankan dipasang di semua rumah. Apa itu? Ini adalah bagian struktural yang dicirikan oleh massa besar dengan kapasitas panas yang cukup baik.

Contoh akumulator panas dalam kehidupan

Apa itu? Misalnya, beberapa internal dinding bata, kompor atau perapian besar, screed beton.

Perabotan di rumah atau apartemen mana pun adalah akumulator panas yang sangat baik, karena kayu lapis, chipboard, dan kayu sebenarnya hanya dapat menyimpan panas per kilogram berat tiga kali lebih banyak daripada batu bata terkenal.

Apakah ada kekurangan penyimpanan termal? Tentu saja, kelemahan utama dari pendekatan ini adalah bahwa akumulator panas perlu dirancang pada tahap pembuatan tata letak. rumah papan kayu. Semua karena fakta bahwa itu sangat berat, dan ini perlu diperhitungkan saat membuat fondasi, dan kemudian bayangkan bagaimana objek ini akan diintegrasikan ke interior. Patut dikatakan bahwa perlu untuk memperhitungkan tidak hanya massa, tetapi juga perlu untuk mengevaluasi kedua karakteristik dalam pekerjaan: massa dan kapasitas panas. Misalnya, jika Anda menggunakan emas dengan berat luar biasa dua puluh ton per meter kubik sebagai penyimpan panas, maka produk akan berfungsi sebagaimana mestinya hanya dua puluh tiga persen lebih baik daripada kubus beton, yang beratnya dua setengah ton.

Zat mana yang paling cocok untuk penyimpanan panas?

produk terbaik untuk akumulator panas tidak beton dan batu bata sama sekali! Tembaga, perunggu dan besi melakukan pekerjaan ini dengan baik, tetapi mereka sangat berat. Anehnya, tapi akumulator panas terbaik adalah air! Cairan memiliki kapasitas panas yang mengesankan, yang terbesar di antara zat yang tersedia bagi kita. Hanya gas helium (5190 J / (kg K) dan hidrogen (14300 J / (kg K)) yang memiliki kapasitas panas lebih besar, tetapi dalam penerapannya bermasalah. Jika Anda menginginkan dan membutuhkan, lihat tabel kapasitas panas zat Anda butuhkan.

Mari kita sekarang memperkenalkan karakteristik termodinamika yang sangat penting yang disebut kapasitas panas sistem(biasanya dilambangkan dengan huruf Dengan dengan indeks yang berbeda).

Kapasitas panas - nilai aditif, itu tergantung pada jumlah zat dalam sistem. Oleh karena itu, kami juga memperkenalkan panas spesifik

Panas spesifik adalah kapasitas kalor per satuan massa suatu zat

dan kapasitas panas molar

Kapasitas panas molar adalah kapasitas panas satu mol zat

Karena jumlah kalor bukan merupakan fungsi keadaan dan bergantung pada proses, kapasitas kalor juga akan bergantung pada cara kalor disuplai ke sistem. Untuk memahami ini, mari kita ingat hukum pertama termodinamika. membagi persamaan ( 2.4) per kenaikan dasar suhu mutlak dT, kita mendapatkan hubungan

Istilah kedua, seperti yang telah kita lihat, tergantung pada jenis prosesnya. Kami mencatat bahwa dalam kasus umum sistem nonideal, interaksi partikel yang (molekul, atom, ion, dll.) tidak dapat diabaikan (lihat, misalnya, 2.5 di bawah, di mana gas van der Waals dipertimbangkan) , energi internal tidak hanya bergantung pada suhu, tetapi juga pada volume sistem. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa energi interaksi tergantung pada jarak antara partikel yang berinteraksi. Ketika volume sistem berubah, konsentrasi partikel berubah, masing-masing, jarak rata-rata di antara mereka berubah dan, sebagai akibatnya, energi interaksi dan seluruh energi internal sistem berubah. Dengan kata lain, dalam kasus umum sistem nonideal

Oleh karena itu, dalam kasus umum, suku pertama tidak dapat ditulis sebagai turunan total, turunan total harus diganti dengan turunan parsial dengan indikasi tambahan nilai konstan yang dihitung. Misalnya, untuk proses isokhorik:

Atau untuk proses isobarik

Turunan parsial yang termasuk dalam ekspresi ini dihitung menggunakan persamaan keadaan sistem, ditulis sebagai . Misalnya, dalam kasus khusus gas ideal

turunan ini adalah

Kami akan mempertimbangkan dua kasus khusus yang terkait dengan proses pasokan panas:

volume konstan;
tekanan konstan dalam sistem.

Dalam kasus pertama, kerja d = 0 dan kami mendapatkan kapasitas panas CV gas ideal pada volume konstan:

Dengan mempertimbangkan reservasi yang dibuat di atas, untuk hubungan sistem yang tidak ideal (2.19) harus ditulis sebagai berikut: pandangan umum

Mengganti di 2.7 pada , dan pada , kami segera mendapatkan:

Untuk menghitung kapasitas panas gas ideal Dengan p pada tekanan konstan ( dp=0) kita memperhitungkan bahwa dari persamaan ( 2.8) mengikuti ekspresi untuk kerja dasar dengan perubahan suhu yang sangat kecil

Kami mendapatkan pada akhirnya

Membagi persamaan ini dengan jumlah mol zat dalam sistem, kita memperoleh hubungan yang sama untuk kapasitas panas molar pada volume dan tekanan konstan, yang disebut rasio mayer

Sebagai referensi rumus umum- untuk sistem arbitrer - menghubungkan kapasitas panas isokhorik dan isobarik:

Ekspresi (2.20) dan (2.21) diperoleh dari rumus ini dengan menggantinya dengan ekspresi untuk energi dalam gas ideal dan menggunakan persamaan keadaannya (lihat di atas):

Kapasitas panas dari suatu massa materi pada tekanan konstan lebih besar daripada kapasitas panas pada volume konstan, karena sebagian dari energi input dihabiskan untuk melakukan pekerjaan dan untuk pemanasan yang sama, lebih banyak panas diperlukan. Perhatikan bahwa dari (2.21) berikut ini arti fisik konstanta gas:

Dengan demikian, kapasitas panas ternyata tidak hanya bergantung pada jenis zat, tetapi juga pada kondisi di mana proses perubahan suhu terjadi.

Seperti yang dapat kita lihat, kapasitas panas isokhorik dan isobarik dari gas ideal tidak bergantung pada suhu gas; untuk zat nyata, kapasitas panas ini, secara umum, juga bergantung pada suhu itu sendiri. T.

Kapasitas panas isokhorik dan isobarik gas ideal juga dapat diperoleh langsung dari definisi umum, jika kita menggunakan rumus yang diperoleh di atas ( 2.7) dan (2.10 ) untuk jumlah panas yang diperoleh gas ideal dalam proses ini.

Untuk proses isokhorik, ekspresi untuk CV mengikuti dari ( 2.7):

Untuk proses isobarik, ekspresi untuk C p berikut dari (2.10):

Untuk kapasitas panas molar maka ekspresi berikut diperoleh:

Rasio kapasitas panas sama dengan indeks adiabatik:

Pada tingkat termodinamika, tidak mungkin untuk memprediksi nilai numerik g; kami berhasil melakukan ini hanya ketika mempertimbangkan sifat mikroskopis sistem (lihat ekspresi (1.19), serta ( 1.28) untuk campuran gas). Dari rumus (1.19) dan (2.24), prediksi teoritis mengikuti kapasitas panas molar gas dan eksponen adiabatik.

Gas monoatomik (saya = 3):

Gas diatomik (saya = 5):

Gas poliatomik (saya = 6):

Data percobaan untuk berbagai zat ditunjukkan pada tabel 1.

Tabel 1

Zat			g

Sudah jelas itu model sederhana gas ideal umumnya menggambarkan sifat-sifat gas nyata dengan cukup baik. Perhatikan bahwa kesepakatan diperoleh tanpa memperhitungkan derajat kebebasan vibrasi molekul gas.

Kami juga telah memberikan nilai kapasitas panas molar beberapa logam di suhu kamar. Jika bayangkan kisi kristal logam sebagai satu set teratur bola padat yang dihubungkan oleh pegas ke bola tetangga, maka setiap partikel hanya dapat berosilasi dalam tiga arah ( saya hitung = 3), dan setiap derajat kebebasan tersebut dikaitkan dengan kinetika kV T/2 dan energi potensial yang sama. Oleh karena itu, partikel kristal memiliki energi internal (osilasi). k V T Mengalikan dengan bilangan Avogadro, kita mendapatkan energi internal satu mol

dari mana nilai kapasitas panas molar berasal?

(Karena koefisien ekspansi termal padatan yang kecil, mereka tidak membedakan antara dengan p dan CV). Hubungan di atas untuk kapasitas panas molar padatan disebut hukum Dulong dan Petit, dan tabel menunjukkan kecocokan yang baik dari nilai yang dihitung

dengan percobaan.

Berbicara tentang kesepakatan yang baik antara rasio di atas dan data eksperimen, perlu dicatat bahwa itu diamati hanya dalam kisaran suhu tertentu. Dengan kata lain, kapasitas panas sistem tergantung pada suhu, dan rumus (2.24) memiliki ruang lingkup terbatas. Pertimbangkan Gambar pertama. 2.10, yang menunjukkan ketergantungan eksperimental kapasitas panas dengan TV gas hidrogen dari suhu absolut T.

Beras. 2.10. Kapasitas kalor molar gas hidrogen 2 pada volume konstan sebagai fungsi suhu (data eksperimen)

Di bawah ini, untuk singkatnya, kita berbicara tentang tidak adanya derajat kebebasan tertentu dalam molekul dalam rentang suhu tertentu. Sekali lagi, kita ingat bahwa kita sebenarnya sedang membicarakan hal-hal berikut ini. Untuk alasan kuantum, kontribusi relatif terhadap energi internal gas jenis tertentu gerak benar-benar tergantung pada suhu dan dalam interval suhu tertentu bisa sangat kecil sehingga dalam percobaan - selalu dilakukan dengan akurasi yang terbatas - tidak terlihat. Hasil percobaan tampak seolah-olah jenis gerak ini tidak ada, dan tidak ada derajat kebebasan yang sesuai. Jumlah dan sifat derajat kebebasan ditentukan oleh struktur molekul dan tiga dimensi ruang kita - mereka tidak dapat bergantung pada suhu.

Kontribusi energi internal tergantung pada suhu dan bisa kecil.

Pada suhu di bawah 100 K kapasitas panas

yang menunjukkan tidak adanya derajat kebebasan rotasi dan vibrasi dalam molekul. Selanjutnya, dengan meningkatnya suhu, kapasitas panas meningkat dengan cepat ke nilai klasik

ciri-ciri dari molekul diatomik dengan sambungan kaku, di mana tidak ada derajat kebebasan vibrasi. Pada suhu di atas 2000 K kapasitas panas menemukan lompatan baru ke nilai

Hasil ini juga menunjukkan munculnya derajat kebebasan vibrasi. Tapi semua ini masih terlihat tidak bisa dijelaskan. Mengapa molekul tidak dapat berputar pada suhu rendah? Dan mengapa getaran dalam molekul hanya terjadi pada suhu yang sangat tinggi? Dalam bab sebelumnya, diskusi kualitatif singkat tentang alasan kuantum untuk perilaku ini telah diberikan. Dan sekarang kita hanya dapat mengulangi bahwa semuanya bermuara pada fenomena kuantum khusus yang tidak dapat dijelaskan dari sudut pandang fisika klasik. Fenomena ini dibahas secara rinci di bagian selanjutnya dari kursus.

informasi tambahan

http://www.plib.ru/library/book/14222.html - Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Handbook of Physics, Science, 1977 - p.236 - tabel karakteristik suhu "hidup" dari derajat kebebasan vibrasi dan rotasi molekul untuk beberapa gas tertentu;

Sekarang mari kita beralih ke ara. 2.11, mewakili ketergantungan kapasitas panas molar tiga unsur kimia(kristal) pada suhu. Pada suhu tinggi, ketiga kurva cenderung memiliki nilai yang sama

sesuai dengan hukum Dulong dan Petit. Timbal (Pb) dan besi (Fe) praktis memiliki kapasitas panas yang membatasi ini pada suhu kamar.

Beras. 2.11. Ketergantungan kapasitas panas molar untuk tiga unsur kimia - kristal timbal, besi dan karbon (berlian) - pada suhu

Untuk intan (C), suhu ini belum cukup tinggi. Dan pada suhu rendah, ketiga kurva menunjukkan penyimpangan yang signifikan dari hukum Dulong dan Petit. Ini adalah manifestasi lain dari sifat kuantum materi. Fisika klasik ternyata tidak berdaya untuk menjelaskan banyak keteraturan yang diamati pada suhu rendah.

informasi tambahan

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm - J. de Boer Pengantar fisika molekuler dan termodinamika, Ed. IL, 1962 - hlm. 106–107, bagian I, 12 - kontribusi elektron terhadap kapasitas panas logam pada suhu mendekati nol mutlak;

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Perelman Ya.I. Apakah Anda tahu fisika? Perpustakaan "Quantum", edisi 82, Science, 1992. Halaman 132, pertanyaan 137: benda mana yang memiliki kapasitas panas tertinggi (lihat jawaban di halaman 151);

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Perelman Ya.I. Apakah Anda tahu fisika? Perpustakaan "Quantum", edisi 82, Science, 1992. Halaman 132, pertanyaan 135: tentang memanaskan air di tiga keadaan - padat, cair dan uap (lihat jawaban di halaman 151);

http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1478.html - ensiklopedia fisik. kalorimetri. Metode untuk mengukur kapasitas panas dijelaskan.

Dalam pelajaran hari ini, kita akan memperkenalkan konsep fisika seperti kapasitas panas spesifik suatu zat. Kita tahu bahwa itu tergantung pada sifat kimia zat, dan nilainya, yang dapat ditemukan dalam tabel, berbeda untuk zat yang berbeda. Kemudian kita akan mengetahui satuan ukuran dan rumus untuk mencari kapasitas panas spesifik, dan juga belajar bagaimana menganalisis sifat termal zat dengan nilai kapasitas panas spesifiknya.

kalorimeter(dari lat. kalori- hangat dan guru- ukur) - alat untuk mengukur jumlah panas yang dilepaskan atau diserap dalam proses fisik, kimia, atau biologis apa pun. Istilah "kalorimeter" diusulkan oleh A. Lavoisier dan P. Laplace.

Kalorimeter terdiri dari penutup, kaca internal dan eksternal. Sangat penting dalam desain kalorimeter bahwa ada lapisan udara antara bejana yang lebih kecil dan lebih besar, yang, karena konduktivitas termal yang rendah, memberikan perpindahan panas yang buruk antara isi dan lingkungan eksternal. Desain ini memungkinkan untuk mempertimbangkan kalorimeter sebagai semacam termos dan secara praktis menghilangkan efeknya lingkungan luar pada proses perpindahan panas di dalam kalorimeter.

Kalorimeter dimaksudkan untuk pengukuran yang lebih akurat dari kapasitas panas spesifik dan parameter termal tubuh lainnya daripada yang ditunjukkan dalam tabel.

Komentar. Penting untuk dicatat bahwa konsep seperti jumlah panas, yang sangat sering kita gunakan, tidak boleh disamakan dengan energi internal tubuh. Jumlah panas menentukan dengan tepat perubahan energi internal, dan bukan nilai spesifiknya.

Perhatikan bahwa kapasitas panas spesifik zat yang berbeda berbeda, yang dapat dilihat dari tabel (Gbr. 3). Misalnya, emas memiliki kapasitas panas spesifik. Seperti yang telah kami tunjukkan sebelumnya, arti fisik dari kapasitas panas spesifik ini berarti bahwa untuk memanaskan 1 kg emas sebesar 1 °C, emas perlu disuplai dengan panas 130 J (Gbr. 5).

Beras. 5. Kapasitas panas spesifik emas

Pada pelajaran berikutnya, kita akan membahas cara menghitung jumlah kalor.

Daftarliteratur

Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fisika 8. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A.V. Fisika 8. - M.: Bustard, 2010.
Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fisika 8. - M.: Pencerahan.