ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплоемкость газов, жидкостей и твердых тел из "Термодинамика физико-химических процессов" Теплоемкость веществ зависит от температуры, природы и структуры вещества, а также его агрегатного состояния. Теплоемкость отражает неравновесное состояние системы и характеризуется флуктуациями энергии в заданной системе (рабочем теле). [c.24] Теплоемкость газов можно определить с помощью кинетической теории газов или квантовой механики. [c.24] При невысоких давлениях газ находится в идеальном состоянии. В таком состоянии взаимодействием между атомами можно пренебречь. Если такой газ нагревать при условии V= oпst, то вся подведенная к нему теплота будет расходоваться на изменение внутренней энергии, то есть у=Аи. [c.24] Такое разделение кинетической энергии частиц на три независимые составляющие связано с возможностью частиц свободно перемещаться по трем координатным осям. Каждая координата определяется как степень свободы. [c.25] Можно также предположить, что молекулы или атомы могут иметь и другие степени свободы. На них также приходится такое же количество энергии. Равное распределение энергии по степеням свободы доказывается следующей теоремой Больцмана если система частиц находится в тепловом равновесии при температуре Г, то средняя кинетическая энергия равномерно распределена между всеми степенями свободы и для каждой степени свободы она равна для частицы кТ/2 и для моля Я Т12. [c.26] Для идеального газа теплоемкость не зависит от Т. Измерения теплоемкости некоторых реальных газов в идеальном состоянии подтверждают возможность расчета численного значения теплоемкости с помощью кинетической теории (см. табл. 1). Эти данные совпадают с теплоемкостью одноатомного газа, рассчитанной по кинетической теории газов. [c.26] В двухатомной молекуле атомы располагаются на некотором удалении друг от друга (рис. 3). [c.27] Предполагается, что атомы связаны в молекуле жестко и такая система может иметь шесть степеней свободы. Три степени свободы определяются тремя координатами поступательного перемещения центра масс молекулы, а три степени свободы связаны с тремя координатами, вокруг которых можно представить вращение молекулы (оси х, у а г). Однако можно указать, что возбуждение вращательного движения молекулы около оси X, на которой располагаются атомы, возможно только при высоких Т. Поэтому для определения конфигурации молекулы в пространстве достаточно двух степеней свободы для вращения молекулы. [c.27] В подтверждение этой величины приведены данные по теплоемкости газа с двухатомными молекулами в табл. 2. [c.27] Это объясняется тем, что уже при комнатной температуре указанные молекулы находятся в возбужденном колебательном состоянии, что приводит к появлению дополнительной степени свободы, не учитываемой в кинетической теории. [c.28] Молекулярная теплоемкость 3-атомной молекулярной системы будет равна С =6/2 Н или Су = 3-8,314=24,942 Дж/моль-К. [c.28] Опытные значения теплоемкости газов с 3-атомными или многоатомными молекулами приведены в табл. 3. [c.28] Эти данные показывают систематические отклонения опытных величин Су от теплоемкости, рассчитанной по кинетической теории. Следовательно, положение сложных молекул в пространстве и ее состояние нельзя уже описать с помощью шести степеней свободы. [c.28] Важным отклонением опытных величин теплоемкостей от теории является зависимость теплоемкости от температуры, как показано на рис. 5. [c.29] По кинетической теории газов теплоемкость может меняться только скачком, как следствие изменения числа степеней свободы, а экспериментально установлено непрерывное изменение Су от Т. [c.29] Вернуться к основной статье