Den specifika värmekapaciteten hos ett ämne är. Specifik värmekapacitet: definition, värden, exempel

Vatten är ett av de mest fantastiska ämnena. Trots bred användning och allestädes närvarande, det är ett verkligt naturmysterium. Eftersom det är en av syreföreningarna verkar det som att vatten borde ha mycket låga egenskaper som frysning, förångningsvärme, etc. Men detta händer inte. Värmekapaciteten för enbart vatten är trots allt extremt hög.

Vatten kan absorbera en enorm mängd värme, samtidigt som det praktiskt taget inte värms upp - detta är dess fysiska egenskap. vatten är ungefär fem gånger högre än sandens värmekapacitet och tio gånger högre än järn. Därför är vatten ett naturligt kylmedel. Dess förmåga att ackumulera Ett stort antal energi gör att du kan jämna ut temperaturfluktuationer på jordens yta och reglera den termiska regimen över hela planeten, och detta händer oavsett tid på året.

Detta är unik egendom vatten gör att det kan användas som köldmedium i industrin och i vardagen. Dessutom är vatten en allmänt tillgänglig och relativt billig råvara.

Vad menas med värmekapacitet? Som bekant från termodynamikens gång sker värmeöverföring alltid från en varm till en kall kropp. Vart i vi pratar om övergången av en viss mängd värme, och temperaturen hos båda kropparna, som är ett kännetecken för deras tillstånd, visar riktningen för detta utbyte. I processen med en metallkropp med vatten med samma massa vid samma initiala temperaturer ändrar metallen sin temperatur flera gånger mer än vatten.

Om vi tar termodynamikens huvudsakliga uttalande som ett postulat - från två kroppar (isolerade från andra), under värmeväxling avger den ena och den andra får lika mycket värme, då blir det tydligt att metall och vatten har helt olika värme kapacitet.

Sålunda är värmekapaciteten hos vatten (liksom vilket ämne som helst) en indikator som kännetecknar förmågan hos ett givet ämne att ge (eller ta emot) en del under kylning (uppvärmning) per temperaturenhet.

Den specifika värmekapaciteten för ett ämne är den mängd värme som krävs för att värma en enhet av detta ämne (1 kilogram) med 1 grad.

Mängden värme som frigörs eller absorberas av en kropp är lika med produkten av specifik värmekapacitet, massa och temperaturskillnad. Det mäts i kalorier. En kalori är exakt den mängd värme som räcker för att värma 1 g vatten med 1 grad. Som jämförelse: luftens specifika värmekapacitet är 0,24 cal/g ∙°C, aluminium är 0,22, järn är 0,11 och kvicksilver är 0,03.

Vattnets värmekapacitet är inte konstant. Med en ökning av temperaturen från 0 till 40 grader minskar den något (från 1,0074 till 0,9980), medan för alla andra ämnen ökar denna egenskap under uppvärmning. Dessutom kan den minska med ökande tryck (på djupet).

Som du vet har vatten tre aggregationstillstånd - flytande, fast (is) och gasformig (ånga). Samtidigt är isens specifika värmekapacitet ungefär 2 gånger lägre än vattens. Detta är huvudskillnaden mellan vatten och andra ämnen, vars specifika värmekapacitet i fast och smält tillstånd inte förändras. Vad är hemligheten här?

Faktum är att is har en kristallin struktur, som inte omedelbart kollapsar när den värms upp. Vatten innehåller små ispartiklar, som består av flera molekyler och kallas associerade. När vatten värms upp går en del åt att förstöra vätebindningar i dessa formationer. Detta förklarar vattnets ovanligt höga värmekapacitet. Bindningarna mellan dess molekyler förstörs helt först när vatten passerar in i ånga.

Den specifika värmekapaciteten vid en temperatur på 100 ° C skiljer sig nästan inte från den för is vid 0 ° C. Detta bekräftar återigen riktigheten av denna förklaring. Ångas värmekapacitet, liksom isens värmekapacitet, är nu mycket bättre förstådd än vatten, som forskarna ännu inte har kommit till enighet om.

Varje skolbarn stöter på fysiklektionerna med ett sådant koncept som "specifik värmekapacitet". I de flesta fall glömmer folk skolans definition och förstår ofta inte innebörden av denna term alls. På tekniska universitet kommer de flesta studenter förr eller senare att stöta på specifik värme. Kanske, som en del av studiet av fysik, eller kanske någon kommer att ha en sådan disciplin som "värmeteknik" eller "teknisk termodynamik". I det här fallet måste du komma ihåg Läroplanen. Så nedan är definitionen, exempel, betydelser för vissa ämnen.

Definition

Specifik värmekapacitet är en fysisk storhet som kännetecknar hur mycket värme som måste tillföras en enhet av ett ämne eller tas bort från en enhet av ett ämne för att dess temperatur ska ändras med en grad. Det är viktigt att avbryta att det inte spelar någon roll, grader Celsius, Kelvin och Fahrenheit, huvudsaken är förändringen i temperatur per enhet.

Specifik värmekapacitet har sin egen måttenhet - in internationella systemet enheter (SI) - Joule dividerat med produkten av ett kilogram och en grad Kelvin, J / (kg K); enheten utanför systemet är förhållandet mellan en kalori och produkten av ett kilogram och en grad Celsius, cal/(kg °C). Detta värde betecknas oftast med bokstaven c eller C, ibland används index. Till exempel, om trycket är konstant, är indexet p, och om volymen är konstant, då v.

Definition Variationer

Flera formuleringar av definitionen av det diskuterade fysisk kvantitet. Utöver ovanstående anses en definition godtagbar, som säger att den specifika värmekapaciteten är förhållandet mellan ett ämnes värmekapacitetsvärde och dess massa. I det här fallet är det nödvändigt att tydligt förstå vad "värmekapacitet" är. Så värmekapacitet kallas en fysisk kvantitet som visar hur mycket värme som måste föras till kroppen (ämnet) eller avlägsnas för att ändra värdet på dess temperatur med en. Den specifika värmekapaciteten för en massa av ett ämne större än ett kilogram bestäms på samma sätt som för ett enskilt värde.

Några exempel och betydelser för olika ämnen

Man har experimentellt funnit att för olika ämnen denna betydelse är annorlunda. Till exempel är den specifika värmekapaciteten för vatten 4,187 kJ/(kg K). Mest stor betydelse av denna fysiska kvantitet för väte är 14.300 kJ / (kg K), den minsta för guld är 0.129 kJ / (kg K). Om du behöver ett värde för ett visst ämne, måste du ta en referensbok och hitta motsvarande tabeller, och i dem - värdena för du är intresserad. dock modern teknik låter dig påskynda sökprocessen ibland - det räcker på vilken telefon som helst som har möjlighet att gå in på World Wide Web, skriv frågan av intresse i sökfältet, starta sökningen och leta efter svaret baserat på resultaten . I de flesta fall måste du klicka på den första länken. Men ibland behöver du inte gå någon annanstans alls - in kort beskrivning information visar svaret på frågan.

De vanligaste ämnena som de letar efter värmekapacitet för, inklusive specifik värme, är:

luft (torr) - 1,005 kJ / (kg K),
aluminium - 0,930 kJ / (kg K),
koppar - 0,385 kJ / (kg K),
etanol - 2,460 kJ / (kg K),
järn - 0,444 kJ / (kg K),
kvicksilver - 0,139 kJ / (kg K),
syre - 0,920 kJ / (kg K),
trä - 1 700 kJ/(kg K),
sand - 0,835 kJ/(kg K).

Värmekapacitet är förmågan att absorbera en viss mängd värme under uppvärmning eller ge bort den när den kyls. Värmekapaciteten hos en kropp är förhållandet mellan en oändligt liten mängd värme som en kropp tar emot och motsvarande ökning av dess temperaturindikatorer. Värdet mäts i J/K. I praktiken används ett något annat värde - specifik värmekapacitet.

Definition

Vad betyder specifik värmekapacitet? Detta är en kvantitet relaterad till en enstaka mängd av ett ämne. Följaktligen kan mängden av ett ämne mätas i kubikmeter, kilogram eller till och med i mol. Vad beror det på? Inom fysiken beror värmekapaciteten direkt på vilken kvantitativ enhet den avser, vilket gör att de skiljer på molär, massa och volymetrisk värmekapacitet. I byggbranschen kommer du inte att mötas av molarmått, utan med andra – hela tiden.

Vad påverkar specifik värmekapacitet?

Du vet vad värmekapaciteten är, men vilka värden som påverkar indikatorn är ännu inte klart. Värdet på specifik värme påverkas direkt av flera komponenter: ämnets temperatur, tryck och andra termodynamiska egenskaper.

När temperaturen på produkten stiger ökar dess specifika värmekapacitet, men vissa ämnen skiljer sig i en helt icke-linjär kurva i detta beroende. Till exempel, med en ökning av temperaturindikatorerna från noll till trettiosju grader, börjar den specifika värmekapaciteten för vatten att minska, och om gränsen är mellan trettiosju och hundra grader, kommer indikatorn tvärtom att öka.

Det är värt att notera att parametern också beror på hur produktens termodynamiska egenskaper (tryck, volym och så vidare) tillåts ändras. Till exempel kommer den specifika värmen vid ett stabilt tryck och vid en stabil volym att vara olika.

Hur beräknar man parametern?

Är du intresserad av vad värmekapaciteten är? Beräkningsformeln är följande: C \u003d Q / (m ΔT). Vilka är dessa värden? Q är mängden värme som produkten får när den värms upp (eller frigörs av produkten under kylning). m är produktens massa och ΔT är skillnaden mellan produktens slutliga och initiala temperatur. Nedan finns en tabell över värmekapaciteten för vissa material.

Vad kan sägas om beräkningen av värmekapacitet?

Att beräkna värmekapaciteten är inte en lätt uppgift, speciellt om endast termodynamiska metoder används är det omöjligt att göra det mer exakt. Därför använder fysiker metoderna för statistisk fysik eller kunskap om produkters mikrostruktur. Hur beräknar man för gas? Värmekapaciteten hos en gas beräknas från beräkningen av den genomsnittliga energin för termisk rörelse hos enskilda molekyler i ett ämne. Molekylernas rörelser kan vara av translations- och rotationstyp, och inuti en molekyl kan det finnas en hel atom eller vibration av atomer. Klassisk statistik säger att för varje frihetsgrad av rotations- och translationsrörelser finns det ett molärt värde, som är lika med R / 2, och för varje vibrationsgrad av frihet är värdet lika med R. Denna regel kallas också lag om jämlikhet.

I det här fallet skiljer sig en partikel av en monoatomisk gas med endast tre translationsgrader av frihet, och därför bör dess värmekapacitet vara lika med 3R/2, vilket är i utmärkt överensstämmelse med experimentet. Varje diatomisk gasmolekyl har tre translations-, två rotations- och en vibrationsfrihetsgrader, vilket innebär att ekvipartitionslagen blir 7R/2, och erfarenheten har visat att värmekapaciteten för en mol av en diatomisk gas vid vanlig temperatur är 5R/ 2. Varför var det en sådan diskrepans i teorin? Detta beror på det faktum att när man upprättar värmekapaciteten, kommer det att vara nödvändigt att ta hänsyn till olika kvanteffekter med andra ord, använd kvantstatistik. Som du kan se är värmekapacitet ett ganska komplicerat koncept.

Kvantmekaniken säger att alla system av partiklar som oscillerar eller roterar, inklusive en gasmolekyl, kan ha vissa diskreta energivärden. Om energin av termisk rörelse in installerat systemär otillräcklig för att excitera svängningar med den erforderliga frekvensen, bidrar dessa svängningar inte till systemets värmekapacitet.

PÅ fasta ämnenÅh termisk rörelse atomer är en svag fluktuation nära vissa jämviktspositioner, detta gäller noderna i kristallgittret. En atom har tre vibrationsgrader av frihet och enligt lagen är den molära värmekapaciteten hos en fast kropp lika med 3nR, där n är antalet atomer som finns i molekylen. I praktiken är detta värde gränsen till vilken kroppens värmekapacitet tenderar vid höga temperaturer. Värdet uppnås med normala temperaturförändringar i många grundämnen, detta gäller metaller, såväl som enkla föreningar. Även värmekapaciteten hos bly och andra ämnen bestäms.

Vad kan man säga om låga temperaturer?

Vi vet redan vad värmekapacitet är, men om vi pratar om låga temperaturer, hur ska värdet då beräknas? Om vi pratar om lågtemperaturindikatorer visar sig värmekapaciteten hos en fast kropp vara proportionell T 3 eller den så kallade Debyes lag om värmekapacitet. Huvudkriteriet för att särskilja hög prestanda temperaturer från låga, är vanlig jämförelse dem med en parameter som är karakteristisk för ett visst ämne - detta kan vara karakteristiken eller Debye-temperaturen q D . Det presenterade värdet bestäms av vibrationsspektrumet för atomer i produkten och beror väsentligt på kristallstrukturen.

I metaller ger ledningselektroner ett visst bidrag till värmekapaciteten. Denna del av värmekapaciteten beräknas med hjälp av Fermi-Dirac-statistiken, som tar hänsyn till elektroner. Den elektroniska värmekapaciteten hos en metall, som är proportionell mot den vanliga värmekapaciteten, är ett relativt litet värde, och den bidrar till metallens värmekapacitet endast vid temperaturer nära absolut noll. Då blir gittervärmekapaciteten mycket liten och kan försummas.

Massvärmekapacitet

Massspecifik värmekapacitet är den mängd värme som krävs för att bringas till en massaenhet av ett ämne för att värma produkten per enhetstemperatur. Detta värde betecknas med bokstaven C och det mäts i joule dividerat med ett kilogram per kelvin - J / (kg K). Detta är allt som rör massans värmekapacitet.

Vad är volymetrisk värmekapacitet?

Volumetrisk värmekapacitet är en viss mängd värme som måste bringas till en produktionsenhet för att värma den per enhetstemperatur. Det mäts i joule dividerat med kubikmeter per kelvin eller J / (m³ K). I många byggnadsreferensböcker är det den massaspecifika värmekapaciteten i arbete som beaktas.

Praktisk tillämpning av värmekapacitet inom byggbranschen

Många värmeintensiva material används aktivt vid konstruktion av värmebeständiga väggar. Detta är oerhört viktigt för hus som kännetecknas av periodisk uppvärmning. Till exempel ugn. Värmeintensiva produkter och väggar byggda av dem ackumulerar perfekt värme, lagrar den under uppvärmningsperioder och avger gradvis värme efter att systemet stängts av, vilket gör att du kan hålla en acceptabel temperatur under hela dagen.

Så ju mer värme som lagras i strukturen, desto bekvämare och stabilare blir temperaturen i rummen.

Det bör noteras att vanligt tegel och betong som används i bostadsbyggande har en betydligt lägre värmekapacitet än expanderad polystyren. Om vi tar ecowool är den tre gånger mer värmekrävande än betong. Det bör noteras att i formeln för beräkning av värmekapaciteten är det inte förgäves att det finns massa. På grund av den stora massan av betong eller tegel, i jämförelse med ecowool, tillåter den att ackumulera enorma mängder värme i stenväggarna i strukturer och jämna ut alla dagliga temperaturfluktuationer. Bara en liten massa isolering totalt ramhus, trots sin goda värmekapacitet, är den svagaste zonen för alla ramteknologier. Att lösa det här problemet, imponerande värmeackumulatorer är installerade i alla hus. Vad det är? Dessa är strukturella delar som kännetecknas av en stor massa med ett ganska bra värmekapacitetsindex.

Exempel på värmeackumulatorer i livet

Vad kunde det vara? Till exempel några interna tegel väggar, en stor spis eller öppen spis, betonggolv.

Möbler i vilket hus eller lägenhet som helst är en utmärkt värmeackumulator, eftersom plywood, spånskivor och trä faktiskt bara kan lagra värme per kilo vikt tre gånger mer än den ökända tegelstenen.

Finns det några nackdelar med termisk lagring? Naturligtvis är den största nackdelen med detta tillvägagångssätt att värmeackumulatorn måste utformas vid skapandet av en layout. ramhus. Detta beror på det faktum att det är mycket tungt, och detta måste beaktas när du skapar grunden, och föreställ dig sedan hur detta objekt kommer att integreras i interiören. Det är värt att säga att det är nödvändigt att ta hänsyn till inte bara massan, det kommer att vara nödvändigt att utvärdera båda egenskaperna i arbetet: massa och värmekapacitet. Om du till exempel använder guld med en otrolig vikt på tjugo ton per kubikmeter som värmelager, så kommer produkten att fungera som den bara borde tjugotre procent bättre än en betongkub, som väger två och ett halvt ton.

Vilket ämne är bäst lämpat för värmelagring?

bästa produkten för en värmeackumulator är inte betong och tegel alls! Koppar, brons och järn gör ett bra jobb med detta, men de är väldigt tunga. Konstigt nog, men den bästa värmeackumulatorn är vatten! Vätskan har en imponerande värmekapacitet, den största bland de ämnen som finns tillgängliga för oss. Endast heliumgaser (5190 J / (kg K) och väte (14300 J / (kg K)) har mer värmekapacitet, men de är problematiska att tillämpa i praktiken. Om du önskar och behöver, se värmekapacitetstabellen över ämnena du behöver.

Låt oss nu introducera en mycket viktig termodynamisk egenskap som kallas värmekapacitet system(traditionellt betecknat med bokstaven Med med olika index).

Värmekapacitet - värde tillsats, det beror på mängden ämne i systemet. Därför introducerar vi också specifik värme

Specifik värmeär värmekapaciteten per massenhet av ett ämne

och molär värmekapacitet

Molär värmekapacitetär värmekapaciteten hos en mol av ett ämne

Eftersom mängden värme inte är en tillståndsfunktion och beror på processen, kommer värmekapaciteten också att bero på hur värme tillförs systemet. För att förstå detta, låt oss komma ihåg termodynamikens första lag. Dela jämställdheten ( 2.4) per elementär ökning av absolut temperatur dT, vi får förhållandet

Den andra termen, som vi har sett, beror på typen av process. Vi noterar att i det allmänna fallet med ett icke-idealt system, kan interaktionen mellan vars partiklar (molekyler, atomer, joner, etc.) inte försummas (se till exempel § 2.5 nedan, där van der Waals-gasen beaktas) , den inre energin beror inte bara på temperaturen utan också på systemets volym. Detta förklaras av att interaktionsenergin beror på avståndet mellan de interagerande partiklarna. När systemets volym förändras ändras koncentrationen av partiklar respektive, medelavståndet mellan dem ändras och som ett resultat förändras interaktionsenergin och hela systemets inre energi. Med andra ord, i det allmänna fallet med ett icke-idealt system

Därför, i det allmänna fallet, kan den första termen inte skrivas som en totalderivata, den totala derivatan måste ersättas med en partiell derivata med en ytterligare indikation på det konstanta värdet vid vilket den beräknas. Till exempel, för en isokorisk process:

Eller för en isobar process

Den partiella derivatan som ingår i detta uttryck beräknas med hjälp av systemets tillståndsekvation, skriven som . Till exempel i det speciella fallet med en idealisk gas

denna derivata är

Vi kommer att överväga två specialfall som motsvarar värmeförsörjningsprocessen:

konstant volym;
konstant tryck i systemet.

I det första fallet, arbete dA = 0 och vi får värmekapaciteten CV idealgas vid konstant volym:

Med hänsyn till reservationen ovan måste för en icke-ideal systemrelation (2.19) skrivas i följande form allmän syn

Byter in 2.7 på och på får vi omedelbart:

För att beräkna värmekapaciteten för en idealgas Med sid vid konstant tryck ( dp=0) tar vi hänsyn till att från ekvationen ( 2.8) följer uttrycket för elementärt arbete med en oändligt liten temperaturförändring

Vi får till slut

Om vi dividerar denna ekvation med antalet mol av ett ämne i systemet får vi ett liknande förhållande för molär värmekapacitet vid konstant volym och tryck, kallad Mayers förhållande

Som referens allmän formel- för ett godtyckligt system - koppla isokorisk och isobarisk värmekapacitet:

Uttryck (2.20) och (2.21) erhålls från denna formel genom att ersätta uttrycket för inre energi idealisk gas och med hjälp av hans tillståndsekvation (se ovan):

Värmekapaciteten hos en given materiamassa vid konstant tryck är större än värmekapaciteten vid konstant volym, eftersom en del av den ingående energin går åt till att utföra arbete och för samma uppvärmning krävs mer värme. Observera att från (2.21) följer det fysisk mening gaskonstant:

Således visar sig värmekapaciteten inte bara bero på typen av ämne utan också på de förhållanden under vilka temperaturförändringsprocessen sker.

Som vi kan se beror den isokoriska och isobariska värmekapaciteten hos en idealgas inte på gastemperaturen, för verkliga ämnen beror dessa värmekapaciteter generellt sett också på själva temperaturen. T.

De isokoriska och isobariska värmekapaciteterna för en idealgas kan också erhållas direkt från den allmänna definitionen, med hjälp av formlerna som erhållits ovan ( 2.7) och (2.10 ) för mängden värme som erhålls av en idealisk gas i dessa processer.

För en isokorisk process, uttrycket för CV följer av ( 2.7):

För en isobar process, uttrycket för C sid följer av (2.10):

För molär värmekapacitet följaktligen erhålls följande uttryck

Förhållandet mellan värmekapacitet är lika med det adiabatiska indexet:

På termodynamisk nivå är det omöjligt att förutsäga det numeriska värdet g; vi lyckades göra detta endast när vi övervägde systemets mikroskopiska egenskaper (se uttryck (1.19), samt ( 1.28) för en blandning av gaser). Från formlerna (1.19) och (2.24) följer teoretiska förutsägelser för gasernas molära värmekapacitet och den adiabatiska exponenten.

Monatomiska gaser (i = 3):

Diatomiska gaser (i = 5):

Polyatomiska gaser (i = 6):

Experimentella data för olika ämnen visas i tabell 1.

bord 1

Ämne			g

Det är klart det enkel modell idealiska gaser beskriver i allmänhet egenskaperna hos riktiga gaser ganska bra. Observera att överenskommelsen erhölls utan hänsyn till gasmolekylernas vibrationsfrihetsgrader.

Vi har också angett värdena på molär värmekapacitet för vissa metaller vid rumstemperatur. Om tänk dig kristallgitter metall som en ordnad uppsättning solida kulor anslutna med fjädrar till intilliggande kulor, då kan varje partikel bara oscillera i tre riktningar ( jag räknar = 3), och varje sådan frihetsgrad är förknippad med en kinetik k V T/2 och samma potentiella energi. Därför har en kristallpartikel en inre (oscillerande) energi k V T. Multiplicera med Avogadro-talet får vi den inre energin av en mol

varifrån kommer värdet av den molära värmekapaciteten

(På grund av den lilla termiska expansionskoefficienten för fasta ämnen skiljer de sig inte åt med sid och CV). Ovanstående förhållande för den molära värmekapaciteten hos fasta ämnen kallas lagen om Dulong och Petit, och tabellen visar en bra matchning av det beräknade värdet

med experiment.

På tal om en god överensstämmelse mellan ovanstående förhållanden och experimentella data, bör det noteras att det endast observeras i ett visst temperaturområde. Systemets värmekapacitet beror med andra ord på temperaturen och formlerna (2.24) har en begränsad räckvidd. Betrakta första Fig. 2.10, som visar värmekapacitetens experimentella beroende med TV vätgas från absolut temperatur T.

Ris. 2.10. Molär värmekapacitet för gasformigt väte Н2 vid konstant volym som funktion av temperatur (experimentdata)

Nedan talar vi för korthets skull om frånvaron av vissa frihetsgrader i molekyler i vissa temperaturområden. Återigen minns vi att vi faktiskt talar om följande. Av kvantskäl, det relativa bidraget till en gass inre energi vissa typer rörelse beror verkligen på temperaturen och kan i vissa temperaturintervall vara så små att det i experimentet - alltid utfört med ändlig noggrannhet - är osynligt. Resultatet av experimentet ser ut som om dessa typer av rörelser inte existerar, och det finns inga motsvarande frihetsgrader. Antalet och arten av frihetsgraderna bestäms av molekylens struktur och tredimensionaliteten i vårt utrymme - de kan inte bero på temperaturen.

Bidraget till intern energi beror på temperaturen och kan vara litet.

Vid temperaturer under 100 K värmekapacitet

vilket indikerar frånvaron av både rotations- och vibrationsgrader av frihet i molekylen. Vidare, med ökande temperatur, ökar värmekapaciteten snabbt till det klassiska värdet

kännetecknande för diatomisk molekyl med en stel anslutning, där det inte finns några vibrationsgrader av frihet. Vid temperaturer över 2000 K värmekapaciteten upptäcker ett nytt hopp till värdet

Detta resultat indikerar också uppkomsten av vibrationsgrader av frihet. Men allt detta ser fortfarande oförklarligt ut. Varför kan inte en molekyl rotera vid låga temperaturer? Och varför uppstår vibrationer i en molekyl endast vid mycket höga temperaturer? I föregående kapitel gavs en kort kvalitativ diskussion om kvantorsakerna till detta beteende. Och nu kan vi bara upprepa att det hela handlar om specifikt kvantfenomen som inte kan förklaras ur klassisk fysiks synvinkel. Dessa fenomen diskuteras i detalj i efterföljande avsnitt av kursen.

ytterligare information

http://www.plib.ru/library/book/14222.html - Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Handbook of Physics, Science, 1977 - s. 236 - tabell över karakteristiska "starttemperaturer" för vibrations- och rotationsgrader av frihet för molekyler för vissa specifika gaser;

Låt oss nu övergå till fig. 2.11, som representerar beroendet av de molära värmekapaciteterna för tre kemiska grundämnen(kristaller) på temperatur. Vid höga temperaturer tenderar alla tre kurvorna till samma värde

motsvarande lagarna i Dulong och Petit. Bly (Pb) och järn (Fe) har praktiskt taget denna begränsande värmekapacitet redan vid rumstemperatur.

Ris. 2.11. Beroendet av den molära värmekapaciteten för tre kemiska element - kristaller av bly, järn och kol (diamant) - på temperaturen

För diamant (C) är denna temperatur ännu inte tillräckligt hög. Och vid låga temperaturer visar alla tre kurvorna en betydande avvikelse från Dulong- och Petit-lagen. Detta är ytterligare en manifestation av materiens kvantegenskaper. Klassisk fysik visar sig vara maktlös för att förklara många regelbundenheter som observerats vid låga temperaturer.

ytterligare information

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm - J. de Boer Introduktion till molekylär fysik och termodynamik, Ed. IL, 1962 - s. 106–107, del I, § 12 - elektronernas bidrag till metallernas värmekapacitet vid temperaturer nära den absoluta nollpunkten;

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Perelman Ya.I. Kan du fysik? Bibliotek "Quantum", nummer 82, Science, 1992. Sida 132, fråga 137: vilka kroppar har högst värmekapacitet (se svaret på s. 151);

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Perelman Ya.I. Kan du fysik? Bibliotek "Quantum", nummer 82, Science, 1992. Sida 132, fråga 135: om uppvärmning av vatten i tre tillstånd - fast, flytande och ånga (se svaret på s. 151);

http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1478.html - fysisk uppslagsverk. Kalorimetri. Metoder för att mäta värmekapacitet beskrivs.

I dagens lektion kommer vi att introducera ett sådant fysiskt koncept som den specifika värmekapaciteten hos ett ämne. Vi vet att det beror på kemiska egenskaperämnen, och dess värde, som finns i tabellerna, är olika för olika ämnen. Sedan kommer vi att ta reda på måttenheterna och formeln för att hitta den specifika värmekapaciteten, och också lära oss hur man analyserar ämnens termiska egenskaper efter värdet av deras specifika värmekapacitet.

Kalorimeter(från lat. kalorier- varmt och metor- mått) - en anordning för att mäta mängden värme som frigörs eller absorberas i någon fysisk, kemisk eller biologisk process. Termen "kalorimeter" föreslogs av A. Lavoisier och P. Laplace.

Kalorimetern består av ett lock, invändigt och utvändigt glas. Det är mycket viktigt vid konstruktionen av kalorimetern att det finns ett luftlager mellan de mindre och större kärlen, vilket på grund av låg värmeledningsförmåga ger dålig värmeöverföring mellan innehållet och den yttre miljön. Denna design gör det möjligt att betrakta kalorimetern som en slags termos och praktiskt taget bli av med effekterna yttre miljön på förloppet av värmeöverföringsprocesser inuti kalorimetern.

Kalorimetern är avsedd för mer exakta mätningar av specifika värmekapaciteter och andra termiska parametrar för kroppar än vad som anges i tabellen.

Kommentar. Det är viktigt att notera att ett sådant koncept som mängden värme, som vi använder väldigt ofta, inte bör förväxlas med kroppens inre energi. Mängden värme bestämmer exakt förändringen i inre energi, och inte dess specifika värde.

Observera att den specifika värmekapaciteten för olika ämnen är olika, vilket framgår av tabellen (fig. 3). Till exempel har guld en specifik värmekapacitet. Som vi redan har påpekat tidigare innebär den fysiska innebörden av denna specifika värmekapacitet att för att värma 1 kg guld med 1 °C måste det tillföras 130 J värme (fig. 5).

Ris. 5. Specifik värmekapacitet hos guld

I nästa lektion kommer vi att diskutera hur man beräknar mängden värme.

Listalitteratur

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