Теплоемкость веществ. Зависимость теплоемкости от температуры

Лекция 3.

Контрольные вопросы

Список литературы

1. Интернет-ресурс «История спутниковой связи» http://sviazist.nnov.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=1026

2.Интернет-ресурс «Принципы организации спутниковой связи» http://vsatinfo.ru/index.php?option=com_sobi2&catid=30&Itemid=0

3. Интернет ресурс «Свободная энциклопедия» http://ru.wikipedia.org

4. Спутниковые сети связи: Учебное пособие / В.Е. Камнев, В.В.Черкасов, Г.В. Чечин. – М.: «Альпина Паблишер», 2004.- 536 с.

1. Орбиты размещения связных спутников. Преимущества и недостатки орбит

2. Частоты радиосигналов, используемые в спутниковой связи. Ширина полосы системы

3. Области применения спутниковой связи

4. Состав бортовой аппаратуры ССС

5. Состав наземной аппаратуры ССС

6. Множественный доступ к одному спутниковому ретранслятору

7. Топологии спутниковых систем

8. Система VSAT. Ее структура, типы управления сетью

[1] Трекинг - услуга спутникового позиционирования

[2] Шлюзовые станции – станции, которые транслируют информацию с одного космического аппарата к другому

[3] ТфОП – телефонная сеть общего пользования

Среди различных свойств системы (другими словами, различных функций состояния системы), остановимся особо на теплоемкости С, под которой для тела (или системы тел) понимают отношение:

(2.15)

где – бесконечно малое количество теплоты, полученное системой при повышении ее температуры на dt. Другое определение теплоемкости: теплоемкость термодинамической системы равна теплоте процесса, в результате которого температура системы изменяется на 1 градус:

(2.16)

Теплоемкость измеряют в Дж/К.

Однако определение теплоемкости с помощью уравнения (2.15) недостаточно, так как теплота зависит от пути нагревания. Таким образом, для однозначного определения теплоемкости необходимо еще указать, каким именно способом повышали температуру на dt, поскольку в зависимости от этого существует множество различных выражений для теплоемкости

Применение первого начала термодинамики к различным процессам. Для упрощения вывода термодинамических зависимостей используем в качестве объекта идеальный газ.

Согласно первому началу термодинамики при бесконечно малом процессе . (2.17)

При изотермическом процессе для идеального газа , поэтому т. е. все сообщенное газу тепло превращается в работу, величина которой определяется уравнением

(2.18)

Учитывая, что в этом случае , находим

. (2.19)

При изохорном процессе , так как , следовательно, по уравнению (2.17) или .

Это означает, что при изохорном процессе все тепло, подводимое к системе, идет только на увеличение ее внутренней энергии. Отсюда вытекает выражение для теплоемкости при постоянном объеме

(2.20)

Увеличение внутренней энергии тела при его нагревании от температуры T ₁ до T ₂ определяется величиной интеграла

.

Для того, чтобы найти численное значение интеграла, необходимо знать вид функциональной зависимости от T.

При изобарном процессе работа не равна нулю. Как было показано ранее, в изобарном процессе Q_p = H₂ − H₁ = ∆H.

Величина изменения энтальпии характеризует количество тепла, отдаваемого системе при изобарном процессе. На этом основании можно определить теплоемкость при постоянном давлении C_p уравнением

. (2.21)

Таким образом, (теплоемкость при постоянном давлении) и (теплоемкость при постоянном объеме) есть частные производные от энтальпии и внутренней энергии по температуре (при условии постоянства соответствующих параметров) и являются функциями состояния системы. Уравнения (2.20) и (2.21) можно рассматривать как определения величин и . Они не имеют прямого отношения к теплоте и характеризуют зависимость энтальпии и внутренней энергии от температуры при условиях p или V = const.

Теплоемкости в химической термодинамике имеют большое значение, так как с помощью уравнений и можно найти энтальпию и внутреннюю энергию системы при любой температуре.

Учитывая, что , находим

,

Откуда следует, что

, (2.22)

т. е. теплоемкость моля идеального газа при постоянном давлении больше теплоемкости при постоянном объеме на величину, равную молярной газовой постоянной. Это уравнение называется уравнением Майера.

Теплоемкость представляет собой экстенсивную величину. Для гомогенной системы, состоящей из n молей вещества, общая теплоемкость где – теплоемкость 1 моля, или молярная теплоемкость.

Кроме молярной теплоемкости используется удельная теплоемкость Она определяется через количество теплоты, которое нужно подвести к системе, чтобы нагреть 1 кг (1 г) её на 1º. Между молярной и удельной теплоемкостями существует очевидная связь: где М – молярная масса вещества. В дальнейшем мы будем пользоваться молярной теплоемкостью, обозначая ее С.

Для характеристики процессов, происходящих в жидкой или газообразной гомогенных термодинамических системах, иногда используют понятие объемной теплоемкости , представляющей собой теплоемкость 1 м³ системы (жидкости или газа). Объемная теплоемкость равна теплоте процесса, в результате которого температура 1 м³ объема гомогенной системы (жидкости или газа) изменяется на 1º. Объемную теплоемкость измеряют в Дж/(м³∙К)

Теплоемкость – это свойство, присущее данному веществу, о чем свидетельствует следующий пример. Если взять одинаковое количество ртути и воды при одинаковой температуре, сообщить им одинаковое количество теплоты и измерить конечную температуру после опыта, то >Это объясняется тем, что теплоемкость ртути равна 27,82, а воды – 75,31 Дж/(моль∙К). Условию теплового баланса удовлетворяет равенство , или , где роль констант играют теплоемкости. Так как теплоемкость воды больше, то повышение температуры для нее меньше. Следовательно, теплоемкость как бы характеризует способность тела вбирать в себя теплоту. Благодаря высокой теплоемкости вода используется при отоплении, передаче тепловой энергии на расстояние.

Зависимость теплоемкости от температуры выражается в виде степенных рядов:

, (2.23)

(2.24)

Экспериментально установлено, что эта зависимость во многом определяется структурой системы. Так, для тел с линейными молекулами при низких температурах , с плоскими , для объемных тел

Теплоемкость жидкостей при температуре, близкой к температуре плавления, обычно ниже теплоемкости твердых тел и мало зависит от температуры. Теплоемкость газов при T, близкой к температуре кипения, меньше теплоемкости жидкости и сильно зависит от температуры (рис. 2.2).

Рис. 2.2. – Функция С(T) для трех агрегатных состояний вещества

Различают также средние и истинные теплоемкости. Средние теплоемкости находят в интервале температур :

, . (2.25)

Истинные теплоемкости связаны со средними соотношениями

, (2.26)

, (2.27)

Дата добавления: 2013-12-13