Uwezo wa joto wa gesi ni kiasi cha nishati ambacho mwili huchota unapopashwa kwa digrii moja. Hebu tuchambue sifa kuu za wingi huu wa kimwili.
Ufafanuzi
Joto mahususi la gesi ni uzito wa kitengo cha dutu fulani. Vipimo vyake vya kipimo ni J/(kg·K). Kiasi cha joto ambacho humezwa na mwili katika mchakato wa kubadilisha hali yake ya mkusanyiko huhusishwa sio tu na hali ya awali na ya mwisho, lakini pia na njia ya mpito.
Idara
Uwezo wa joto wa gesi hugawanywa na thamani iliyobainishwa kwa sauti isiyobadilika (Cv), shinikizo la mara kwa mara (Cр).
Katika hali ya kupasha joto bila kubadilisha shinikizo, joto fulani hutumika kuzalisha kazi ya upanuzi wa gesi, na sehemu ya nishati hiyo hutumika kuongeza nishati ya ndani.
Uwezo wa joto wa gesi katika shinikizo la mara kwa mara hubainishwa na kiasi cha joto kinachotumika kuongeza nishati ya ndani.
Hali ya gesi: vipengele, maelezo
Uwezo wa joto wa gesi bora hubainishwa kwa kuzingatia ukweli kwamba Сp-Сv=R. Kiasi cha mwisho kinaitwa gesi ya ulimwengu wote. Thamani yake inalingana na 8.314 J/(mol K).
Wakati wa kufanya mahesabu ya kinadharia ya uwezo wa joto, kwa mfano, kuelezea uhusiano na halijoto, haitoshi kutumia njia za thermodynamic tu, ni muhimu kujizatiti na vipengele vya fizikia tuli.
Uwezo wa joto wa gesi unahusisha kukokotoa thamani ya wastani ya nishati ya mwendo wa utafsiri wa baadhi ya molekuli. Mwendo kama huo unajumlishwa kutoka kwa mwendo wa mzunguko na wa kutafsiri wa molekuli, na pia kutoka kwa mitetemo ya ndani ya atomi.
Katika fizikia tuli, kuna habari kwamba kwa kila shahada ya uhuru wa mwendo wa mzunguko na wa kutafsiri, kuna kiasi cha gesi ambacho ni sawa na nusu ya gesi inayotumika ulimwenguni kote.
Hali za kuvutia
Chembe ya gesi ya monatomiki inachukuliwa kuwa na viwango vitatu vya uhuru vya kutafsiri, kwa hivyo joto mahususi la gesi huwa na digrii tatu za uhuru wa kutafsiri, mbili za mzunguko na moja za mtetemo. Sheria ya usambazaji wao sare husababisha kusawazisha joto mahususi kwa kiwango kisichobadilika hadi R.
Wakati wa majaribio, ilibainika kuwa uwezo wa joto wa gesi ya diatomiki inalingana na thamani R. Tofauti hiyo kati ya nadharia na mazoezi inaelezewa na ukweli kwamba uwezo wa joto wa gesi bora unahusishwa na quantum. madhara, kwa hiyo, wakati wa kufanya mahesabu, ni muhimu kutumia takwimu kulingana na quantumufundi.
Kulingana na misingi ya umekanika wa quantum, mfumo wowote wa chembe zinazozunguka au kuzunguka, ikiwa ni pamoja na molekuli za gesi, una baadhi tu ya thamani tofauti za nishati.
Ikiwa nishati ya mwendo wa joto katika mfumo haitoshi kusisimua msisimko wa masafa fulani, miondoko kama hiyo haichangii jumla ya uwezo wa joto wa mfumo.
Matokeo yake, kiwango fulani cha uhuru kinakuwa "kilichogandishwa", haiwezekani kutumia sheria ya usawa kwake.
Uwezo wa joto wa gesi ni sifa muhimu ya hali ambayo utendakazi wa mfumo mzima wa thermodynamic hutegemea.
Kiwango cha joto ambacho sheria ya usawa inaweza kutumika kwa kiwango cha uhuru cha mtetemo au mzunguko hubainishwa na nadharia ya quantum, huunganisha kibadilikaji cha Planck na kisichobadilika cha Boltzmann.
gesi za diatomiki
Mapengo kati ya viwango vya nishati ya mzunguko wa gesi hizo ni idadi ndogo ya digrii. Isipokuwa ni hidrojeni, ambapo thamani ya halijoto hubainishwa kwa mamia ya digrii.
Ndiyo maana uwezo wa joto wa gesi kwa shinikizo la mara kwa mara ni vigumu kuelezewa na sheria ya usambazaji sawa. Katika takwimu za quantum, wakati wa kuamua uwezo wa joto, inazingatiwa kuwa sehemu yake ya vibrational, katika kesi ya kupungua kwa joto, hupungua haraka na kufikia sifuri.
Hali hii inaeleza ukweli kwamba kwenye halijoto ya kawaida hakuna sehemu ya mtetemo ya uwezo wa joto, kwagesi ya diatomiki, inalingana na R.
Uwezo wa joto wa gesi katika ujazo usiobadilika katika viashiria vya halijoto ya chini hubainishwa kwa kutumia takwimu za quantum. Kuna kanuni ya Nernst, ambayo inaitwa sheria ya tatu ya thermodynamics. Kulingana na uundaji wake, uwezo wa joto wa gesi kwenye gesi utapungua kwa halijoto inayopungua, ikielekea sifuri.
Vipengele vya yabisi
Ikiwa uwezo wa joto wa mchanganyiko wa gesi unaweza kuelezewa kwa kutumia takwimu za wingi, basi kwa hali dhabiti ya mkusanyiko, mwendo wa joto hubainishwa na mabadiliko kidogo ya chembe karibu na nafasi ya msawazo.
Kila atomi ina viwango vitatu vya mtetemo vya uhuru, kwa hivyo, kwa mujibu wa sheria ya mgawo, uwezo wa joto wa moli ya kitu kigumu unaweza kuhesabiwa kuwa 3nR, na n kuwa idadi ya atomi katika molekuli.
Kwa mazoezi, nambari hii ni kikomo ambacho uwezo wa joto wa mwili dhabiti huwa na joto la juu.
Kiwango cha juu zaidi kinaweza kupatikana kwa halijoto ya kawaida kwa baadhi ya vipengele, ikiwa ni pamoja na metali. Kwa n=1, sheria ya Dulong na Petit inatimizwa, lakini kwa vitu changamano ni vigumu kufikia kikomo hicho. Kwa kuwa kikomo hakiwezi kupatikana katika hali halisi, mtengano au kuyeyuka kwa kigumu hutokea.
Historia ya nadharia ya quantum
Waanzilishi wa nadharia ya quantum ni Einstein na Debye mwanzoni mwa karne ya ishirini. Inategemea quantization ya mwendo wa oscillatory wa atomi katika fulanikioo. Katika kesi ya viashiria vya joto la chini, uwezo wa joto wa mwili imara hugeuka kuwa sawia moja kwa moja na thamani kamili iliyochukuliwa cubed. Uhusiano huu umeitwa sheria ya Debye. Kama kigezo kinachowezesha kutofautisha kati ya viashiria vya joto la chini na la juu, ulinganisho wao na halijoto ya Debye huchukuliwa.
Thamani hii hubainishwa na wigo wa mitetemo ya atomi katika mwili, kwa hivyo inategemea sana vipengele vya muundo wake wa fuwele.
QD ni thamani ambayo ina K mia kadhaa, lakini, kwa mfano, iko juu zaidi katika almasi.
Elektroni za upitishaji hutoa mchango mkubwa kwa uwezo wa joto wa metali. Ili kuhesabu, takwimu za Fermi quantum hutumiwa. Conductivity ya elektroniki kwa atomi za chuma ni sawia moja kwa moja na joto kamili. Kwa kuwa ni thamani ndogo, inazingatiwa tu katika halijoto inayoelekea sifuri kabisa.
Njia za kubaini uwezo wa joto
Njia kuu ya majaribio ni calorimetry. Ili kutekeleza hesabu ya kinadharia ya uwezo wa joto, thermodynamics ya takwimu hutumiwa. Inatumika kwa gesi bora, na pia kwa miili ya fuwele, inafanywa kwa misingi ya data ya majaribio juu ya muundo wa suala.
Njia za majaribio za kukokotoa uwezo wa joto wa gesi bora zinatokana na wazo la muundo wa kemikali, mchango wa vikundi vya atomi kwa Ср.
Kwa vimiminika, mbinu pia hutumiwa kulingana na matumizi ya thermodynamicmizunguko ambayo hufanya iwezekane kupita kutoka kwa uwezo wa joto wa gesi bora hadi kioevu kupitia derivative ya halijoto ya enthalpy ya mchakato wa uvukizi.
Katika kesi ya myeyusho, ukokotoaji wa uwezo wa kuongeza joto kama kitendakazi cha ziada hauruhusiwi, kwa kuwa thamani ya ziada ya uwezo wa joto wa myeyusho ni muhimu kimsingi.
Ili kutathmini, tunahitaji nadharia ya molekiuli-takwimu ya suluhu. Kigumu zaidi ni utambuzi wa uwezo wa joto wa mifumo tofauti tofauti katika uchanganuzi wa halijoto.
Hitimisho
Utafiti wa uwezo wa joto hukuruhusu kukokotoa uwiano wa nishati ya michakato inayotokea katika viyeyusho vya kemikali, na pia katika vifaa vingine vya uzalishaji wa kemikali. Kwa kuongeza, thamani hii ni muhimu kwa uteuzi wa aina bora zaidi za vipozezi.
Kwa sasa, uamuzi wa majaribio wa uwezo wa joto wa vitu kwa vipindi mbalimbali vya joto - kutoka kwa maadili ya chini hadi maadili ya juu - ndiyo chaguo kuu la kuamua sifa za thermodynamic za dutu. Wakati wa kuhesabu entropy na enthalpy ya dutu, viungo vya uwezo wa joto hutumiwa. Taarifa kuhusu uwezo wa joto wa reagents za kemikali katika aina fulani ya joto inakuwezesha kuhesabu athari ya joto ya mchakato. Taarifa juu ya uwezo wa joto wa suluhu hufanya iwezekane kukokotoa vigezo vyao vya halijoto katika viwango vyovyote vya joto ndani ya muda uliochambuliwa.
Kwa mfano, kioevu kina sifa ya matumizi ya sehemu ya joto ili kubadilisha thamani ya nishati inayoweza kutokea.molekuli zinazoitikia. Thamani hii inaitwa uwezo wa joto wa "usanidi", unaotumiwa kuelezea suluhu.
Ni vigumu kufanya hesabu kamili za hisabati bila kuzingatia sifa za thermodynamic za dutu, hali yake ya kujumlishwa. Ndio maana kwa vimiminika, gesi, vitu vikali, sifa kama vile uwezo maalum wa joto hutumiwa, ambayo inafanya uwezekano wa kubainisha vigezo vya nishati ya dutu.
