Toplinska snaga plinova - što je to? Specifična toplina plina

Toplinska snaga plina je količina energije koja apsorbira tijelo kada se zagrijava za jedan stupanj. Analiziratimo glavne karakteristike određene fizičke veličine.

definirati

Specifična toplinska snaga plina je jedinica mase određene tvari. Njegove mjerne jedinice su J / (kgmiddot-K). Količina topline koju tijelo apsorbira u procesu mijenjanja agregatne države odnosi se ne samo na početno i konačno stanje, već i na metodu prijelaza.

odsjek

Specifična toplina plinova podijeljena je s količinom određenom za nepromijenjeni volumen (C_v), konstantni tlak (C_r).

U slučaju grijanja bez mijenjanja pritiska, neka se toplina troši na proizvodnju ekspanzije plina, a dio energije troši se za povećanje unutarnje energije.

Kapacitet topline plinova pri stalnom pritisku određuje se količinom topline koja se troši na povećanju unutarnje energije.

Plinovito stanje: značajke, opis

Specifična toplina idealnog plina određena je uzevši u obzir da C_p-C_v= R. Potonja se količina naziva univerzalna konstanta plina. Njegova vrijednost odgovara 8.314 J / (Molmiddot-K).

Prilikom izvođenja teorijskih izračuna toplinskog kapaciteta, na primjer, opisivanje odnosa s temperaturom, nije dovoljno koristiti samo termodinamičke metode, važno je da se naoružaju elementima statičke fizike.

Toplinska snaga plinova uključuje izračunavanje prosječne vrijednosti energije translacijskog gibanja nekih molekula. Takvo gibanje je sažeto od rotacijskog i translacijskog gibanja molekule, kao i od unutarnjih vibracija atoma.

U statičkoj fizici postoje informacije da za svaki stupanj slobode rotacijskog i translational pokreta postoji vrijednost za plin koji je jednak polovini univerzalne konstante plina.

Zanimljive činjenice

Pretpostavlja se da čestica monatomskog plina ima tri translacijska stupnja slobode, pa specifična toplina plina ima tri translacijska, dva rotacijska i jedan vibracijski stupanj slobode. Zakon njihove uniformne distribucije dovodi do izjednačavanja specifične topline s nepromijenjenim volumenom R.

Tijekom pokusa utvrđeno je da specifična toplina dvoatomsku plina odgovara vrijednosti R. raskorak između teorije i prakse se objašnjava činjenicom da je toplinski kapacitet idealnog plina se odnosi na kvantnih efekata, tako da u kalkulacijama je važno koristiti statističke podatke na temelju kvantne mehanike.

Polazeći od osnova kvantne mehanike, svaki sustav čestica koji vibrira ili okreće, uključujući molekule plina, ima samo određene diskretne vrijednosti energije.

Ako energija toplinskog gibanja nije dovoljna u sustavu da pobudi oscilacije određene frekvencije, takvi prijedlozi ne pridonose ukupnom toplinskom kapacitetu sustava.

Kao rezultat toga, određeni stupanj slobode postaje "zamrznut", nemoguće je primijeniti njegov pravilnik.

Toplinska snaga plinova je važna karakteristika države na kojoj ovisi funkcioniranje cijelog termodinamičkog sustava.

Temperatura na kojoj postignuće equipartition zakon može primijeniti na vibracijskim ili rotacijski stupnjevi slobode, karakterizira kvantne teorije, Planckova konstanta veze s Boltzmannova konstanta.

Diatomske plinove

Intervali između razina energije rotacije takvih plinova čine neznatan broj stupnjeva. Jedina iznimka je vodik, u kojem se temperatura određuje stotinama stupnjeva.

Zbog toga je toplinski kapacitet plina pod stalnim pritiskom teško opisan zakonom uniformne distribucije. U kvantnoj statistici, pri određivanju specifične topline, uzima se u obzir da se njezin vibracijski dio brzo smanjuje u slučaju smanjenja temperature, dostižući nulu.

Slična pojava objašnjava činjenicu da na sobnoj temperaturi nema gotovo nikakvog vibracijskog dijela toplinske snage, za diatomski plin odgovara konstantnoj R.

Specifična toplina plina pri konstantnom volumenu u slučaju niskotemperaturnih indeksa određuje se pomoću kvantne statistike. Tu je Nernstov princip, koji se naziva trećim zakonom termodinamike. Na temelju njegove formulacije, molarni toplinski kapacitet plina će se smanjiti sa smanjenom temperaturom, nastojanjem na nulu.

Značajke krutih tvari

Ako se toplinski kapacitet plinske mješavine može objasniti kvantnom statistikom, tada za čvrsto agregatno stanje, toplinsko kretanje se odlikuje neznačajnim oscilacijama čestica blizu ravnotežnog položaja.

Svaki atom ima tri stupnja slobode vibracijske, međutim, u skladu sa zakonom o molarnom equipartition toplinskog kapaciteta krutog tijela može se izračunati kao 3nR, gdje je n - broj atoma u molekuli.

U praksi, takav broj je granica na kojoj je cilj visoke temperature kapaciteta performanse vrijednost toplinske krutih tvari.

Maksimalna vrijednost može se dobiti kod običnih temperatura za neke elemente, uključujući i metale. Kada je n = 1, Dulong i Petit zakon je ispunjen, ali za složene tvari je prilično teško doći do takvog ograničenja. Budući da je u stvarnosti granica nemoguće postići, razgradnja ili taljenje čvrste tvari.

Povijest kvantne teorije

Osnivači kvantne teorije su Einstein i Debye početkom dvadesetog stoljeća. Temelji se na kvantizaciji vibracijskih gibanja atoma u određenom kristalu. U slučaju niskotemperaturnih indeksa, toplinski kapacitet krute tvari je izravno proporcionalan apsolutnoj vrijednosti u kocki. Ta se ovisnost nazvala Debyjevim zakonom. Kao kriterij koji omogućuje razlikovanje indeksa niskih i visokih temperatura, potrebno ih je usporediti s Debyjevom temperaturom.

Takva je vrijednost određena spektrom vibracija atoma u tijelu, pa stoga ozbiljno ovisi o svojstvima njegove kristalne strukture.

QD - vrijednost, koja ima nekoliko stotina K, ali, na primjer, dijamant je znatno veći.

Elektronički konduktiraju značajan doprinos toplinskom kapacitetu metala. Kako bi se to izračunalo, koristi se Fermijev kvantna statistika. Elektronička vodljivost metalnih atoma izravno je proporcionalna apsolutnoj temperaturi. Budući da je manja količina, smatra se da je samo na temperaturama blizu apsolutne nule.

Metode za određivanje kapaciteta topline

Glavna eksperimentalna metoda je kalorimetrija. Za provođenje teorijskog proračuna toplinskog kapaciteta primjenom statističke termodinamike. To vrijedi za idealan plin, kao i za kristalnom obliku, on se provodi na temelju eksperimentalnih podataka o strukturi materije.

Empirijske metode za izračunavanje specifične topline idealnog plina temelje se na konceptu kemijske strukture, doprinosu pojedinih skupina atoma u C_r.

Za tekućine se također koriste metode temelje na upotrebi termodinamičkih ciklusa, koji omogućuje da se kretati od idealnog toplinskog kapaciteta plina za tekućine kroz derivata entalpija temperature isparavanja.

U slučaju rješenja, proračun specifične topline kao aditivne funkcije nije dopušten, budući da je suvišni toplinski kapacitet otopine u osnovi bitan.

Da bismo ga procijenili, potrebna nam je molekularno-statistička teorija rješenja. Najteže je otkriti toplinski kapacitet heterogenih sustava u termodinamičkoj analizi.

zaključak

Proučavanje kapaciteta topline omogućuje izračunavanje energetska bilanca procesi koji nastaju u kemijskim reaktorima, kao i na drugim uređajima kemijske proizvodnje. Osim toga, ova je vrijednost neophodna za odabir optimalnih tipova rashladne tekućine.

Trenutačno provodi eksperimentalno određivanje toplinske sposobnosti tvari za različite temperaturne intervale - od niskih vrijednosti do visokih vrijednosti - osnovne varijante određivanja termodinamičkih svojstava tvari. Pri proračunu entropije i entalpije tvari koriste se integralni kapaciteti topline. Informacije o toplinskom kapacitetu kemijskih reagensa u određenom temperaturnom rasponu omogućuju nam izračunavanje toplinskog učinka postupka. Podaci o toplinskom kapacitetu rješenja omogućuju izračunavanje njih termodinamički parametri na bilo kojoj temperaturnoj vrijednosti unutar analiziranog intervala.

Na primjer, za tekućinu, potrošnja dijela topline je karakterizirana promjenom veličine potencijalne energije molekula koje reagiraju. Ova se količina naziva "konfiguracija" toplinske snage koja se koristi za opisivanje rješenja.

Teško je provoditi pune matematičke izračune bez uzimanja u obzir termodinamičke karakteristike tvari, njegov agregatno stanje. Zato je karakteristično za tekućine, plinove, krute tvari kao što je specifična toplina, što omogućuje karakterizaciju energetskih parametara tvari.