Теплоемкость. 
Термодинамические процессы и их классификация

Виды теплоемкости

Теплоемкость — это свойство тел поглощать и выделять теплоту при изменении температуры на один градус в различных термодинамических процессах. Различают общую среднюю и общую истинную теплоемкости.

Общая средняя теплоемкость термодинамического процесса (ТП) — это теплоемкость тела массой m, кг за конечный отрезок ТП:

[Дж/К].

Общая истинная теплоемкость ТП — это теплоемкость тела массой m, кг в каждый данный момент ТП:

[Дж/К].

Рассмотрим произвольный ТП 1−2 в координатах, где Q — подведенная теплота в [Дж]; t — температура в [0C]. Тогда, .

Если ТС — однородное рабочее тело, то в расчетах применяются относительные теплоемкости:

• — удельная теплоемкость — теплоемкость, отнесенная к 1 кг вещества с=С/m, Дж/кгК;
• — молярная теплоемкость — теплоемкость, отнесенная с 1 молю вещества, Дж/мольК;
• — объемная теплоемкость — теплоемкость, отнесенная к 1 м³ вещества, Дж/м3К.

Теплоемкость — функция процесса и зависит от рода рабочего тела, характера процесса и параметров состояния. Так, теплоемкость в процессе с постоянным давлением называется изобарной теплоемкостью:

.

где H, Дж — энтальпия.

Теплоемкость в процессе с постоянным объемом называется изохорной теплоемкостью:

.

где U, Дж — внутренняя энергия.

Теплоемкость идеального газа не зависит от температуры и давления и зависит только от числа степеней свободы движения молекул и в соответствии с законом о равном распределении энергии по степеням свободы движения молекул теплоемкость:, где — вращательные степени свободы, равные для одноатомного газа нулю, для двухатомного газа — =2 и для трехатомных газов =3; Дж/мольК — молярная газовая постоянная. Теплоемкость определяется по уравнению Майера:

.

Для одноатомного газа и, для двухатомного газа и, для трех и более атомных газов и .

Теплоемкость реальных газов зависит от давления и температуры. В ряде случаев можно пренебречь влиянием давления на теплоемкость и принять, что теплоемкость реальных газов зависит только от температуры: C=f(t). Эта зависимость определяется экспериментально.

Эмпирическая зависимость удельной истинной теплоемкости от температуры может быть представлена в виде многочлена:

Дж/кгК, где при температуре t=00C. Для двухатомных газов можно ограничиться двумя слагаемыми:, или, где .

Для конечного участка процесса 1−2 количество теплоты равно:

.

Тогда средняя теплоемкость на этом участке процесса будет равна:

Дж/кгК.

В области низких температур при Т<100К прекращается вращательное движение молекул и колебательное движение атомов, а при температуре Т>0К прекращается и поступательное движение молекул, т. е. при Т=0К Ср=Cv=0 и прекращается тепловое движение молекул (опытные данные Нернста и др., 1906;1912гг.). При температуре Т>0К свойства веществ перестают зависеть от температуры, как это иллюстрируется на приведенном графике зависимости теплоемкости от абсолютной температуры.