Як розрахувати параметр?
Вас цікавить, чому дорівнює теплоємність? Формула розрахунку наступна: С=Q/(m·ΔT). Що це за такі? Q – це кількість теплоти, що отримує продукція при нагріванні (або ж виділяється продукцією під час охолодження). m – маса продукції, а ΔT – різниця кінцевої і початкової температури продукції. Нижче наведена таблиця теплоємності деяких матеріалів.
Що можна сказати про обчислення теплоємності?
Обчислити теплоємність – це завдання не з простих, особливо якщо застосовувати виключно термодинамічні методи, точніше це неможливо зробити. Тому фізики використовують методи статистичної фізики або ж знання мікроструктури продукції. Як виконати обчислення для газу? Теплоємність газу розраховується з обчислення середньої енергії теплового руху окремих молекул в речовині. Руху молекул можуть бути поступального і обертального типу, а всередині молекули може бути цілий атом або коливання атомів. Класична статистика говорить, що на кожну ступінь свободи обертальних і поступальних рухів доводиться до мольной теплоємності газу величина, що дорівнює R/2, а на кожну коливальну ступінь свободи значення дорівнює R. Це правило ще називають законом равнораспределения.
При цьому частинка одноатомного газу відрізняється всього трьома поступальними ступенями свободи, а тому його теплоємність повинна прирівнюватися до 3R/2, що відмінно узгоджується з досвідом. Кожна молекула двоатомних газу відрізняється трьома поступальними, двома обертальними і однієї коливальної ступенями свободи, а значить, закон равнораспределения буде дорівнювати 7R/2, а досвід показав, що теплоємність моля двоатомних газу при звичайній температурі становить 5R/2. Чому виявилося таке розходження теорії? Все пов’язано з тим, що при встановленні теплоємності потрібно враховувати різні квантові ефекти, іншими словами, користуватися квантовою статистикою. Як бачите, теплоємність – це досить-таки складне поняття.
Квантова механіка говорить, що будь-яка система частинок, що здійснюють коливання або ж обертання, в тому числі і молекула газу, може мати певні дискретні значення енергії. Якщо ж енергія теплового руху у встановленій системі недостатня для порушення коливань потрібної частоти, то ці коливання не вносять вкладу в теплоємність системи.
У твердих тілах тепловий рух атомів являє собою слабкі коливання поблизу певних положень рівноваги, це стосується вузлів кристалічної решітки. Атом володіє трьома коливальними ступенями свободи і за законом мольна теплоємність твердого тіла прирівнюється до 3nR, де n– кількість атомів в молекулі. На практиці це значення є межею, до якого прагне теплоємність тіла при високих температурних показниках. Значення досягається при звичайних температурних змінах у багатьох елементів, це стосується металів, а також простих сполук. Також визначається теплоємність свинцю та інших речовин.
