Пусть при бесконечно малом изменении состояния тела количество теплоты dQ вызывает изменение температуры тела dT, тогда теплоёмкость тела в данном процессе выразится отношением:
или
Единицей теплоёмкости является Дж/К.
Теплоёмкость С зависит от внешних условий или
характера процесса, при котором происходит отвод или подвод теплоты. Так,
например, теплоёмкость газов в случае подвода теплоты при постоянном объеме отличается от удельной теплоёмкости газов
при постоянном давлении
.
Удельная теплоёмкость есть отношение теплоёмкости к массе вещества.
.
Если С выражается в Дж/К, m – в кг, то с – в Дж/(кг·К).
Объёмная теплоёмкость [Дж/(м·К)]
, где
и
–
плотность и объём газа при нормальных физических условиях, кг/м
; м
.
Молярная теплоёмкость [Дж/(м·К)]
, где n – количество рабочего
вещества, моль.
3. Формула Майера.
4. Формула для определения количества тепла при постоянной и переменной теплоёмкостях.
Пользуясь истинной удельной теплоёмкостью, требуёмое
количество теплоты для нагрева m вещества от
температуры до
ºС
определим из выражения:
где – требуемое количество
теплоты.
Здесь интеграл берётся по пути процесса от 1 до 2 (от
начального состояния до заданного конечного), так как изменение температуры
тела зависит от характера процесса, а с этим связанно изменение теплоёмкости
тела . Удельное количество теплоты
является, таким образом, функцией процесса
и не является поэтому функцией состояния системы, изменения которой зависит
только от начального и конечного состояний.
Теплоёмкость газа не постоянна. Для идеального газа она является функцией температуры. Теплоёмкость зависит от температуры, а также от давления и объёма. При низких давлениях и высоких температурах теплоёмкость газа считают приближенно зависящей от температуры.
В общем случае истинная теплоёмкость для температуры t с достаточной степенью точности выражается для большинства газов уравнением второй степени (нелинейным)
, где a, b,
e – постоянные,
определяемые для различных газов и видов теплоёмкости на основании
экспериментальных и теоретических данных.
Количество теплоты в изохорном термодинамическом процессе:
и
а при
где – удельная теплоёмкость тела при
постоянном объёме.
Количество теплоты изобарном термодинамическом процессе:
и
а при
где – удельная теплоёмкость тела при
постоянном давлении.
Количество теплоты в изотермическом термодинамическом процессе:
.
5. Физический смысл внутренней энергии и энтальпии газа. Формулы для их вычисления.
Внутреннюю энергию рассматривают с молекулярной точки зрения как сумму кинетической и потенциальной энергий, обусловленных хаотическим движением и взаимодействием молекул газа. Другие виды энергии не учитываются, так как при рассматриваемых в технической термодинамике температурах их влиянием на изменение состояния можно пренебречь.
Для реальных газов внутренняя энергия является функцией как
температуры , так и плотности газа
:
.
Внутреннюю энергию можно найти из первого закона термодинамики:
,
Для изохорного процесса.
Для изобарного .
Для изотермического
Для адиабатного .
Параметром состояния газа наряду с внутренней энергией является удельная энтропия:
она определяется исключительно функциями состояния ().
Энтальпия имеет особо важное значение для техники в случае непрерывного потока рабочего тела. С ее помощью значительно упрощаются рассмотрения процессов и их расчеты.
Величина i выражается в Дж/кг, если слагаемые u и pv – в Дж/кг.
Энтальпия представляет энергию, связанную с данным состоянием тела, т. е. является функцией состояния, поскольку u и pv – функции состояния.
В процессе с постоянным давлением :
т.е. изменение удельной энтальпии равно количеству теплоты,
подведенной к телу при .
Из выражения находим:
или
Энтальпия –
экстенсивная (аддитивная) величина. Удельная энтальпия
обладает
интенсивными свойствами.
Удельную теплоёмкость при постоянном давлении можно определить следующим образом:
но
Сравнивая последние два выражения, видим, что при постоянном давлении удельная энтальпия обладает свойствами, аналогичные тем, которые имеет внутренняя энергия при постоянном объёме.
Из определения удельной энтальпии:
Поскольку внутренняя энергия является
лишь функцией температуры, то
также зависит только от
температуры. Отсюда для идеального газа:
а при находим:
и для любого изменения от состояния 1 до состояния 2
6. Сущность калориметрического метода определения теплоёмкости газа.
Опытное определение изобарной теплоемкости газа сводиться к нагреву его в проточном
калориметре и измерению необходимых величин (количества тепла
, объёмного расхода
и
повышения температуры
). Полагая, что все тепло от
электронагревателя идёт в установившемся процессе на изобарный нагрев воздуха
(тепловые потери отсутствуют), теплоёмкость можно найти по формуле,
:
Я изучил первый закон термодинамики и все виды теплоёмкостей
газов. Освоил методику калориметрического эксперимента на примере определения
изобарной объёмной теплоёмкости воздуха, которая равна ,
величина расхождения между экспериментально определенной теплоёмкостью
и табличным значением
равна
%, это обусловлено погрешностью измерений и
нагрева воздуха от электронасоса.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.