Теплоёмкость

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Теплоёмкость
Размерность L2MT −2Θ−1
Единицы измерения
СИ Дж/К
СГС эрг/К
Примечания
Скалярная величина

Теплоёмкость — ко­ли­че­ст­во те­п­ло­ты, по­гло­щае­мой (вы­де­ляе­мой) те­лом в про­цес­се на­гре­ва­ния (ос­ты­ва­ния) на 1 кельвин. Более точно, теплоёмкость — физическая величина, определяемая как отношение количества теплоты , поглощаемой/выделяемой термодинамической системой при бесконечно малом изменении её температуры , к величине этого изменения [1][2][3][4][5]:

Малое количество теплоты обозначнётся (а не ), чтобы подчеркнуть, что это не дифференциал параметра состояния (в отличие, например, от ), а функция процесса. Поэтому и теплоёмкость — это характеристика процесса перехода между двумя состояниями термодинамической системы[6], которая зависит и от пути процесса (например, от проведения его при постоянном объёме или постоянном давлении)[7][8], и от способа нагревания/охлаждения (квазистатического или нестатического)[7][9]. Неоднозначность в определении теплоёмкости[10] на практике устранят тем, что выбирают и фиксируют путь квазистатического процесса (обычно оговаривается, что процесс происходит при постоянном давлении, равным атмосферному). При однозначном выборе процесса теплоёмкость становится параметром состояния[11][12] и теплофизическим свойством вещества, образующего термодинамическую систему[13].

Удельная, молярная и объёмная теплоёмкости[править | править код]

Очевидно, что чем больше масса тела, тем больше требуется теплоты для его нагревания, и теплоёмкость тела пропорциональна количеству вещества, содержащегося в нём. Количество вещества может характеризоваться массой или количеством молей. Поэтому удобно пользоваться понятиями удельной теплоёмкости (теплоёмкости единицы массы тела):

и молярной теплоёмкости (теплоёмкости одного моля вещества):

где  — количество вещества в теле;  — масса тела;  — молярная масса. Молярная и удельная теплоёмкости связаны соотношением [14][15].

Объёмная теплоёмкость (теплоёмкость единицы объёма тела):

Теплоёмкость для различных процессов и состояний вещества[править | править код]

Понятие теплоёмкости определено как для веществ в различных агрегатных состояниях (твёрдых тел, жидкостей, газов), так и для ансамблей частиц и квазичастиц (в физике металлов, например, говорят о теплоёмкости электронного газа).

Теплоёмкость идеального газа[править | править код]

Теплоёмкость системы невзаимодействующих частиц (например, идеального газа) определяется числом степеней свободы частиц.

Молярная теплоёмкость при постоянном объёме:

где ≈ 8,31 Дж/(моль·К) — универсальная газовая постоянная,  — число степеней свободы молекулы[14][15].

Молярная теплоёмкость при постоянном давлении связана с соотношением Майера:

Теплоёмкость кристаллов[править | править код]

Сравнение моделей Дебая и Эйнштейна для теплоёмкости твёрдого тела

Существует несколько теорий теплоёмкости твердого тела:

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]