В чем измеряется лямбда теплоемкость

Опубликовано: 17.05.2024

. " width="" height="" />

Содержание

Удельная теплоёмкость

Удельной теплоёмкостью называется теплоёмкость, отнесённая к единичному количеству вещества. Количество вещества может быть измерено в килограммах, кубических метрах и молях. В зависимости от того, к какой количественной единице относится теплоёмкость, различают массовую, объёмную и молярную теплоёмкость.

Теплоёмкость для различных состояний вещества

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).

Для примера, в молекулярно-кинетической теории газов показывается, что молярная теплоёмкость идеального газа с i степенями свободы при постоянном объёме (для одного моля идеального газа) равна:

<2>R\!," width="" height="" />

А при постоянном давлении

<2>R\!." width="" height="" />

Теория теплоёмкости

Существует несколько теорий теплоёмкости твердого тела:

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

См. также

Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
Добавить иллюстрации.

Физические величины по алфавиту
Термодинамика
Статистическая физика
Физические величины
Физические свойства

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Теплоёмкость" в других словарях:

теплоёмкость — теплоёмкость, и … Русский орфографический словарь

теплоёмкость — теплоёмкость … Словарь употребления буквы Ё

теплоёмкость — теплоёмкость, теплоёмкости, теплоёмкости, теплоёмкостей, теплоёмкости, теплоёмкостям, теплоёмкость, теплоёмкости, теплоёмкостью, теплоёмкостями, теплоёмкости, теплоёмкостях (Источник: «Полная акцентуированная парадигма по А. А. Зализняку») … Формы слов

ТЕПЛОЁМКОСТЬ — физ. величина, характеризующая тепловые свойства тела и равная отношению количества теплоты, полученного телом при бесконечно малом изменении его состояния в каком либо процессе, к вызванному им изменению температуры, т. е. теплоёмкость С = d Q/d … Большая политехническая энциклопедия

теплоёмкость — и; ж. Физ. Количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус (по Цельсию) или отдаваемой при остывании на 1 градус (по Цельсию). Т. металла, пластмассы. Удельная т. (количество теплоты, потребное для нагревания 1 грамма вещества на … Энциклопедический словарь

ТЕПЛОЁМКОСТЬ — ТЕПЛОЁМКОСТЬ, и, жен. (спец.). Количество теплоты (во 2 знач.), необходимое для нагревания данного тела на 1°. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

теплоёмкость — сущ., кол во синонимов: 1 • теплоемкость (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

теплоёмкость — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN heat capacitythermal capacity … Справочник технического переводчика

Эти два процесса знакомы каждому. Вот нам захотелось чайку, и мы ставим чайник, чтобы нагреть воду. Или ставим газировку в холодильник, чтобы охладить.

Логично предположить, что нагревание — это увеличение температуры, а охлаждение — ее уменьшение. Все, процесс понятен, едем дальше.

Но не тут-то было: температура меняется не «с потолка». Все завязано на таком понятии, как количество теплоты. При нагревании тело получает количество теплоты, а при нагревании — отдает.

Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.

В процессах нагревания и охлаждения формулы для количества теплоты выглядят так:

Нагревание

Охлаждение

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

t_{конечная} — конечная температура [˚C]

t_{начальная} — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует и изменение температуры, о котором мы сказали выше, и удельная теплоемкость, речь о которой пойдет дальше.

А вот теперь поговорим о видах теплопередачи.

Виды теплопередачи

Теплопередача — это физический процесс передачи тепловой энергии от более нагретого тела к менее нагретому.

Здесь все совсем несложно, их всего три: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Тот вид теплопередачи, который можно охарактеризовать, как способность тел проводить энергию от более нагретого тела к менее нагретому.

Речь о том, чтобы передать тепло с помощью соприкосновения. Признавайтесь, грелись же когда-нибудь возле батареи. Если вы сидели к ней вплотную, то согрелись вы благодаря теплопроводности. Обниматься с котиком, у которого горячее пузо, тоже эффективно.

Порой мы немного перебарщиваем с возможностями этого эффекта, когда на пляже ложимся на горячий песок. Эффект есть, только не очень приятный. Ну а ледяная грелка на лбу дает обратный эффект — ваш лоб отдает тепло грелке.

Конвекция

Когда мы говорили о теплопроводности, мы приводили в пример батарею. Теплопроводность — это когда мы получаем тепло, прикоснувшись к батарее. Но все вещи в комнате к батарее не прикасаются, а комната греется. Здесь вступает конвекция.

Дело в том, что холодный воздух тяжелее горячего (холодный просто плотнее). Когда батарея нагревает некий объем воздуха, он тут же поднимается наверх, проходит вдоль потолка, успевает остыть и спуститься обратно вниз — к батарее, где снова нагревается. Таким образом, вся комната равномерно прогревается, потому что все более горячие потоки сменяют все менее холодные.

Излучение

Пляж мы уже упоминали, но речь шла только о горячем песочке. А вот тепло от солнышка — это излучение. В этом случае тепло передается через волны.

Обоими способами. То тепло, которое мы ощущаем непосредственно от камина (когда лицу горячо, если вы расположились слишком близко к камину) — это излучение. А вот прогревание комнаты в целом — это конвекция.

Удельная теплоемкость: понятие и формула для расчета

Формулы количества теплоты для нагревания и охлаждения мы уже разбирали, но давайте еще раз:

Нагревание

Охлаждение

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

t_{конечная} — конечная температура [˚C]

t_{начальная} — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует такая величина, как удельная теплоемкость. По сути своей — это способность материала получать или отдавать тепло.

С точки зрения математики удельная теплоемкость вещества — это количество теплоты, которое надо к нему подвести, чтобы изменить температуру 1 кг вещества на 1 градус Цельсия:

Удельная теплоемкость вещества

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

t_{конечная} — конечная температура [˚C]

t_{начальная} — начальная температура [˚C]

Также ее можно рассчитать через теплоемкость вещества:

Удельная теплоемкость вещества

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

C — теплоемкость вещества [Дж/˚C]

Величины теплоемкость и удельная теплоемкость означают практически одно и то же. Отличие в том, что теплоемкость — это способность всего вещества к передаче тепла. То есть формулу количества теплоты для нагревания тела можно записать в таком виде:

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

t_{конечная} — конечная температура [˚C]

t_{начальная} — начальная температура [˚C]

Таблица удельных теплоемкостей

Удельная теплоемкость — табличная величина. Часто ее указывают в условии задачи, но при отсутствии в условии — можно и нужно воспользоваться таблицей. Ниже приведена таблица удельных теплоемкостей для некоторых (многих) веществ.

Известно, что подвод теплоты к рабочему телу в каком-либо процессе сопровождается изменением температуры. Отношение теплоты, подведённой (отведённой) в данном процессе, к изменению температуры называется теплоёмкостью тела.

где dQ – элементарное количество теплоты

dT – элементарное изменение температуры.

Теплоёмкость численно равна количеству теплоты, которое необходимо подвести к системе, чтобы при заданных условиях повысить температуру на 1 градус. Измеряется в [Дж/К].

Количество теплоты, подведённое к рабочему телу, всегда пропорционально количеству рабочего тела. Например, количество теплоты, необходимое для нагревания на 1 градус кирпича и кирпичной стены неодинаково, поэтому для сравнения вводят удельные величины теплоёмкости, отнеся подведённую теплоту к единице рабочего тела. В зависимости от количественной единицы тела, к которому подводится теплота в термодинамике, различают массовую, объёмную и мольную теплоёмкости.

Массовая теплоёмкость – это теплоёмкость, отнесённая к единице массы рабочего тела,

Количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг газа на 1 К называется массовой теплоёмкостью.

Единицей измерения массовой теплоёмкости является Дж/(кг К). Массовую теплоёмкость называют также удельной теплоёмкостью.

Объёмная теплоёмкость – теплоёмкость, отнесённая к единице объёма рабочего тела,

Количество теплоты, необходимое для нагревания 1 м 3 газа на 1 К называется объёмной теплоёмкостью.

Объёмная теплоёмкость измеряется в Дж/(м 3 К).

Мольная теплоёмкость – теплоёмкость, отнесённая к количеству рабочего тела,

где n – количество газа в моль.

Количество теплоты, необходимое для нагревания 1 моль газа на 1 К называется мольной теплоёмкостью.

Мольную теплоёмкость измеряют в Дж/(моль×К).

Массовая и мольная теплоёмкости связаны следующим соотношением:

или С_m = mс, где m - молярная масса

Теплоёмкость зависит от условий протекания процесса. Поэтому обычно в выражении для теплоёмкости указывается индекс х, который характеризует вид процесса теплообмена.

Индекс х означает, что процесс подвода (или отвода) теплоты идёт при постоянном значении какого-либо параметра, например, давления, объёма.

Среди таких процессов наибольший интерес представляют два: один при постоянном объёме газа, другой при постоянном давлении. В соответствии с этим различают теплоёмкости при постоянном объёме C_v и теплоёмкость при постоянном давлении C_p.

1) Теплоёмкость при постоянном объёме равна отношению количества теплоты dQ к изменению температуры dT тела в изохорном процессе (V = const):

;

2) Теплоёмкость при постоянном давлении равна отношению количества теплоты dQ к изменению температуры dT тела в изобарном процессе (Р = const):

Для понимания сути этих процессов рассмотрим пример.

Пусть имеется два цилиндра, в которых находится по 1 кг одного и того же газа при одинаковой температуре. Один цилиндр полностью закрыт (V = const), другой цилиндр сверху закрыт поршнем, который оказывает на газ постоянное давление Р (P = const).

Подведём к каждому цилиндру такое количество тепла Q, чтобы температура газа в них повысилась от Т₁ до Т₂ на 1К. В первом цилиндре газ не совершил работу расширения, т.е. количество подведённого тепла будет равно

здесь индекс v – означает, что теплота подводится к газу в процессе с постоянным объёмом.

Во втором цилиндре, кроме повышения температуры на 1К, произошло ещё передвижение нагруженного поршня (газ изменил объём), т.е. была совершена работа расширения. Количество подведённого тепла в этом случае определится из выражения:

Здесь индекс р – означает, что тепло подводится к газу в процессе с постоянным давлением.

Общее количество тепла Q_p будет больше Q_v на величину, соответствующую работе преодоления внешних сил:

где R – работа расширения 1 кг газа при повышении температуры на 1К при Т₂ – Т₁ = 1К.

Если поместить в цилиндр не 1 кг газа, а 1 моль, то выражение примет вид

R_m - универсальная газовая постоянная.

Это выражение носит название уравнения Майера.

Наряду с разностью С_р – С_v в термодинамических исследованиях и практических расчетах широкое применение имеет отношение теплоемкостей С_р и С_v, которое называется показателем адиабаты.

В молекулярно – кинетической теории для определения k приводится следующая формула k = 1 + 2/n,

где n – число степеней свободы движения молекул (для одноатомных газов n = 3, для двухатомных n = 5, для трёх и более атомных n = 6).

В современном мире электронная техника развивается семимильными шагами. Каждый день появляется что-то новое, и это не только небольшие улучшения уже существующих моделей, но и результаты применения инновационных технологий, позволяющих в разы улучшить характеристики.

Не отстает от электронной техники и приборостроительная отрасль – ведь чтобы разработать и выпустить на рынок новые устройства, их необходимо тщательно протестировать, как на этапе проектирования и разработки, так и на этапе производства. Появляются новая измерительная техника и новые методы измерения, а, следовательно – новые термины и понятия.

Для тех, кто часто сталкивается с непонятными сокращениями, аббревиатурами и терминами и хотел бы глубже понимать их значения, и предназначена эта рубрика.

Теплоёмкость (обычно обозначается латинской буквой С) — физическая величина, определяющая отношение бесконечно малого количества теплоты, полученного телом, к соответствующему приращению его температуры.

Единица измерения теплоёмкости в системе СИ — Дж/К.

Массовая теплоёмкость (С) — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на килограмм на кельвин (Дж·кг−1·К−1).

Объёмная теплоёмкость (С′) — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице объёма вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на кубический метр на кельвин (Дж·м−3·К−1).

Молярная теплоёмкость (Сμ) — это количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 молю вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на моль на кельвин (Дж/(моль·К)).

Одной из важнейших задач теплового расчета является определение количества теплоты, которое рабочее тело получает в процессе нагревания или отдает в процессе охлаждения.

Эти процессы происходят при разных условиях. Нагревание газа можно производить таким образом, чтобы его объем при этом оставался постоянным. Можно производить нагревание и таким образом, чтобы газ имел возможность изменять свой объем, например в цилиндре с подвижным поршнем. В этом случае процесс может происходить при постоянном давлении. В случае если поршень в цилиндре остается неподвижным, тогда при подводе теплоты объем рабочего тела остается неизменным и его давление возрастает, а при отводе теплоты уменьшается.

Таким образом, процесс нагревания (охлаждения) рабочего тела может происходить при постоянном давлении или при постоянном объеме.

Между этими двумя условиями нагревания (охлаждения) газа имеется существенная разница. В первом случае, когда газ расширяется, он преодолевает внешнюю силу, действующую на поршень, т. е. совершает работу. Во втором случае газ не совершает работы. Таким образом, если нагревать одно и то же количество газа на одно и тоже число градусов, например на 1 К, то в первом случае теплоты будет затрачено больше, чем во втором, так как в первом случае газ не только нагревается, но и совершает работу, что требует большего количества теплоты.

Количество теплоты, которое нужно затратить на нагревание (охлаждение) единицы количества газа на 1 К, называют удельной теплоемкостью или просто теплоемкостью газа. Обозначается теплоемкость буквой с.

В зависимости от того, к какой количественной единице отнесена теплоемкость, различают массовую теплоемкость с_т, объемную теплоемкость с' и киломольную теплоемкость (и_с.

Массовая теплоемкость с измеряется в кДж/(кг-К).

Объемная теплоемкость с' измеряется в кДж/(м 3 -К).

Киломольная теплоемкость р_с измеряется в кДж/(кмоль-К).

Следует иметь в виду, что 1 м 3 газа может содержать разные массы, и при использовании объемной теплоемкости необходимо указывать, при каких условиях находится газ, т. е. указывать его температуру и давление. Обычно объемную теплоемкость относят к нормальным условиям.

Связь между теплоемкостями устанавливается простыми зависимостями:

где 22,4 — объем 1 киломоля всех идеальных газов при нормальных условиях.

Таким образом, зная одно из количественных значений теплоемкости, можно найти остальные значения теплоемкостей.

В зависимости от способа подвода теплоты различают изобарную и изохорную теплоемкости. Из этого следует, что количественные теплоемкости подразделяются в свою очередь на изобарные и изохорные теплоемкости (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Изобарные и изохорные теплоемкости

Ранее говорилось, что количество теплоты, подведенное (отведенное) к рабочему телу в изобарном процессе, больше количества теплоты, подведенного (отведенного) к рабочему телу в изохорном процессе на величину работы. Таким образом, при нагревании (охлаждении) 1 кг рабочего тела на 1 К его изобарная теплоемкость с_р больше его изохорной теплоемкости c_v на величину работы. Исходя из этого, можно записать:

По физическому смыслу газовой постоянной известно, что работа I, совершаемая 1 кг газа при повышении его температуры на 1 К при неизменном давлении, представляет собой газовую постоянную R (см. формулу (1.21)). Таким образом, можно записать:

Это выражение носит название уравнения Майера. Юлиус Роберт Майер (нем. Julius Robert von Mayer, 1814—1878) — немецкий врач, естествоиспытатель. Майер поставил вопрос о том, «как велико соответствующее определенному количеству силы падения или движения количество тепла», т. е. вопрос о термическом эквиваленте работы. Используя соотношение между теплоемкостями газов при постоянном давлении и постоянном объеме, он приходит к выводу, что «опусканию единицы веса с высоты около 365 м соответствует нагревание равного веса воды от 0 до 1 °С». Таким образом, Майер указал совершенно правильный метод определения механического эквивалента теплоты и правильно оценил его порядок. История науки отметила эту заслугу Майера, присвоив уравнению c_p-c_v = R его имя.

Читайте также: