Объёмная теплоёмкость

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Объёмная теплоёмкость характеризует способность данного объёма данного конкретного вещества увеличивать свою внутреннюю энергию при изменении температуры вещества (подразумевая отсутствие фазового перехода). Равна отношению теплоёмкости данного образца вещества к его объему:

c' = C / V

или иначе говоря, это теплоемкость единицы объема данного вещества. Подразумевается, что вещество однородно. Используется понятие объемной теплоемкости главным образом применительно к твердым телам и жидкостям, поскольку они имеют достаточно слабо изменяющуюся в зависимости от изменения внешних условий плотность. Для газа плотность очень сильно меняется в зависимости от температуры и давления, что означает, что даже вполне конкретный газ не имеет определенной объемной теплоемкости, т.е. даже определенному газу определенное значение объемной теплоемкости можно приписать лишь при строго определенных давлении и температуре; на практике же вследствие этого понятие объемной теплоемкости применяется достаточно редко.

Объёмная теплоёмкость отличается от удельной теплоёмкости, которая характеризует способность единицы массы данного вещества увеличивать свою внутреннюю энергию при изменении температуры. Можно преобразовать удельную теплоёмкость в объёмную путём умножения удельной теплоёмкости на плотность вещества:[1]

c' = \rho c.

Дюлонг и Пти в 1818 году предсказали, что величина ρc[2] должна быть постоянной для всех твёрдых веществ. В 1819 году они обнаружили, что наибольшим постоянством обладали теплоёмкости твёрдых тел, определяемые предполагаемым весом атомов вещества (закон Дюлонга — Пти). Это теплоёмкость, приходящаяся на единицу атомного веса, которая близка в тому, чтобы быть постоянной для твёрдых тел. Иными словами, теплоёмкость, приходящаяся на один атом, а значит, и приходящаяся на единицу количества вещества, примерно постоянна для твёрдых тел. Теплоёмкость «на объёмной основе» фактически изменяется от примерно 1,2 до 4,5 МДж/(м³·K). Это варьирование объёмной теплоёмкости определяется различиями в физических размерах атомов (если бы все атомы имели одинаковый размер, то два типа теплоёмкости (молярная и объёмная) были бы эквивалентны). Для жидкостей объёмная теплоёмкость лежит в пределах от 1,3 до 1,9 МДж/(м³·K).

Для одноатомных газов (например, для аргона) при комнатной температуре и постоянном объёме, объёмная теплоёмкость равна около 0,5 кДж/(м³K).

При более высоких значениях объёмной теплоёмкости системе требуется больше времени для достижения термодинамического равновесия.

С объёмной теплоёмкостью связано понятие тепловой инерции материала, которая может быть определена по формуле:

I=\sqrt{k \rho c},

где

k — теплопроводность,
ρ — плотность материала,
c — удельная теплоёмкость материала
(произведение ρc представляет собой объёмную теплоёмкость).

Значения объёмной теплоёмкости некоторых веществ[править | править вики-текст]

Таблица I: Значения объёмной теплоёмкости для некоторых веществ
Вещество Объёмная
теплоёмкость
кДж·дм−3·K−1)
асфальт 1,2
полнотелый кирпич 1,344
силикатный кирпич 1,7
бетон 1,7
кронглас (стекло) 1,709
флинт (стекло) 2,1
оконное стекло 2,1
гранит 2,1
гипс 2,507
мрамор, слюда 2,4
песок 1,2
сталь 3,713
почва 0,80
древесина 1
вода 4.2

Примечания[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]