Дайте определение теплоемкости вещества, удельной теплоемкости, молярной теплоемкости. Функцией процесса или состояния является теплоемкость?

Для характеристики тепловых свойств газа, как и всякого другого тела, пользуются физической величиной, называемой теплоемкостью. Теплоемкостью С какого-либо тела называется величина, равная количеству тепла, которое нужно сообщить телу, для изменения его температуры на 1К. Если температура изменяется не на 1К, а на dT градусов, тогда эта величина равна: C= . Где δQ – количество тепла, необходимое для изменения температуры на dT градусов. Величина С измеряется Дж/К. Теплоемкость, отнесенная к единице массы вещества, называется удельной теплоемкостью, т.е. . Удельная теплоемкость измеряется в Дж/(кг*К). Теплоемкость, отнесенная к одному молю вещества, наз. молярной теплоемкостью. В СИ измеряется в джоулях на моль на кельвин (Дж/(моль·К)). Как удельная, так и молярная теплоемкость характеризуют не тело, а вещество, из которого состоит тело.

Теплоемкость есть функция процесса. Различают теплоемкость при постоянном объеме и при постоянном давлении . Теплоемкость единицы массы вещества принято определять как удельную теплоемкость, теплоемкость вещества в количестве одного моля – как молярную теплоемкость. С_м= температура необхадимая для изменения температуры 1моля вещества на 1 кельвин.

 

31. Почему теплоемкость при постоянном давлении больше теплоемкости при постоянном объеме? Каков физический смысл универсальной газовой постоянной?

Значение теплоемкости зависит от условий, при которых происходит нагревание тела. Наибольший интерес представляет теплоемкость для случаев, когда нагревание происходит при постоянном объеме или при постоянном давлении. В первом случае теплоемкость называется теплоемкостью при постоянном объеме, во втором - теплоемкостью при постоян. давлении. При нагревании данной массы на 1К при постоянном давлении и при постоянном объеме требуются разные количества тепла, т.е. причем теплоемкость при постоянном давлении больше его теплоемкость при постоянном объеме. Это связано с тем, что при V=const полученное количество тепла тратиться только на изменение внутренней энергии, т.е. на повышение температуры, тогда как при P=const часть количества теплоты уходит на совершение работы газом при расширении. Из формулы Мейера ясен физический смысл универсальной газовой постоянной R. Универсальная газовая постоянная R численно равна работе, которую совершает 1 моль идеального газа при его изобарическом нагревании на 1 К.

 

32. Что называется числом степеней свободы?

Согласно классической теории, основанной на законе равномерного распределения энергии по степеням свободы, для отношения теплоемкостей имеем следующее выражение: , где i - число степеней свободы молекулы газа. Как следует из этой формулы, величина γ определяется числом степеней свободы молекулы. Числом степеней свободы механической системы называется число независимых координат, определяющих ее положение и конфигурацию в пространстве. Для одноатомного газа i =3, для двухатомного i =5, а для трехатомного i =6. Число степеней свободы мы использовали в нашей лабораторной работе №5.На каждую степень свободы приходится в среднем энергия равная ½*kT.

 

33. В чем причина расхождения теоретических и экспериментальных значений теплоемкости в Лабораторной работе № 5 «Определение отношения C_p / C_V методом стоячих волн»?

Формула γ= дает значения, не всегда совпадающие с экспериментом. На трудности, например, наталкивается попытка объяснить теплоемкость хлора. Это связано с тем, что данная теория не в состоянии должным образом учесть энергию, связанную с внутренними движениями в молекуле, к которым закон равномерного распределения энергии по степеням свободы не всегда применим.

Особенно важным отклонением от результатов теории является тот факт, что оказывается зависящим от температуры, в то время как, согласно нашей формуле, оно для данного газа величина постоянная. Расхождение теории и опыта свидетельствует, очевидно, о том, что представление о молекулах как о твердых шариках, движения которых происходят по закону механики, не вполне соответствует действительности. Теперь хорошо известно, что молекулы состоят из взаимодействующих между собой атомов, а атомы имеют сложное строение и состоят из многих еще меньших частиц, которые также движутся сложным образом. Движение же атомных частиц не подчиняется классической механике, а управляется законами квантовой механики. Поэтому, пока идет речь о теплоемкости одноатомных газов, на которые не влияют внутриатомные движения и связанная с ними энергия, классическая теория теплоемкости оказывается в хорошем согласии с опытом. Но в многоатомных молекулах существенную роль играют уже внутренние процессы в молекулах и атомах, с которыми, несомненно, связаны, например, колебательные степени свободы. Естественно, классическая теория, не учитывающая особых квантовых свойств атомных систем, в этом случае дает лишь приблизительно верные результаты.

34. Что такое теплоемкость и что она характеризует?

Теплоемкостью С тела называется отношение бесконечно малого количества тепла , полученного телом, к соответствующему приращению его температуры dT: С= δQ/dT. или просто это тепло необходимое для изменения температуры тела на один кельвин. Теплоемкость тела можно отнести к единице объема тела. Соответственно этому теплоемкость называется удельной, молярной или объемной. Теплоемкость характеризует передачу тепловой энергии от одной части тела к другой, а точнее, молекулярной перенос теплоты в сплошной среде, обусловленный наличием градиента температуры. Теплоемкость тела (системы) зависит от условий нагревания. В простых системах наиболее употребительны теплоемкость Ср, которая характеризует теплоемкость при нагревании в условиях постоянного давления, и Cv, которая характеризует теплоемкость при нагревании с сохранением постоянного объема. Различают также удельную, молярную, массовую и объемную теплоемкости.

 

35. Каким образом учитываются потери тепла калориметра в окружающую среду в Лабораторной работе № 6 «Определение удельной теплоемкости жидкостей калориметрическим методом»?

При экспериментальном определении удельной теплоемкости по формуле c= всегда возникают затруднения, связанные с тем, что в процессе нагревания исследуемого тела часть тепла отдается в окружающую среду вследствие теплообмена. Поэтому всегда приходится вводить поправку на потери тепла в окружающую среду. Методика учета этих поправок зависит от конкретного калориметрического способа определения удельной теплоемкости тела.

В данной работе используется метод калориметрического измерения удельной теплоемкости тела, когда температура калориметра все время выше температуры окружающей среды. Тогда в течение всего опыта калориметр только отдает тепло окружающей среде. В данном опыте периодически включают электрический нагреватель, опущенный в калориметр с исследуемой жидкостью, и нагревают её до температуры, на С выше температуры окружающей среды. Затем нагреватель выключают и дают системе охлаждаться и отдавать тепло окружающей среде под действием естественной конвекции. Во все время опыта наблюдают за температурой жидкости.

Отвод тепла осуществляется охлаждающей водой, которая для уменьшения тепловых потерь делает в калориметре два хода. При этом наружная поверхность калориметра имеет температуру, близкую к температуре поступающей воды, вследствие чего тепловые потери калориметра в окружающую среду невелики, а, применив дополнительно наружную изоляцию, можно свести их к ничтожной величине.

36. Почему в Лабораторной работе № 6 «Определение удельной теплоемкости жидкостей калориметрическим методом» график зависимости температуры воды в калориметре от времени в полулогарифмических координатах представляет отрезки прямых?

В данной работе удельная теплоемкость исследуемой жидкости определяется методом графического учета потерь тепла вследствие теплообмена системы с окружающей средой.

В нашей работе используется метод калориметрического измерения удельной теплоемкости тела, когда температура калориметра все время выше температуры окружающей среды. Тогда в течение всего опыта калориметр только отдает тепло окружающей среде. В данном опыте периодически включают электрический нагреватель, опущенный в калориметр с исследуемой жидкостью, и нагревают её до температуры, на С выше температуры окружающей среды. Затем нагреватель выключают и дают системе охлаждаться и отдавать тепло окружающей среде под действием естественной конвекции. Во все время опыта наблюдают за температурой жидкости в калориметре и записывают ее изменения со временем.

По формуле T- называется темпом охлаждения видно, что температура калориметра при охлаждении уменьшается по экспоненциальному закону. В формуле средняя температура окружающей среды, - коэффициент теплоотдачи от калориметра в окружающую среду, c, m - удельная теплоемкость и масса исследуемой жидкости в калориметре, - удельная теплоемкость и масса сосуда калориметра. По данным опыта можно легко определить значение k, построив зависимость ln(T- ) от времени (при естественной конвекции ) для участков графика, соответствующих режиму охлаждения калориметра.

Экспоненциальный рост — в математике экспоненциальное возрастание величины, которая растет со скоростью, пропорциональной её значению. Такой рост подчиняется экспоненциальному закону. Это означает, что для любой экспоненциально растущей величины, чем большее значение она принимает, тем быстрее растет. Также это означает, что величина зависимой переменной и скорость ее роста прямо пропорциональны. Но при этом, в отличие от гиперболической (Режим с обострением — динамический закон, при котором одна или несколько моделируемых величин обращается в бесконечность за конечный промежуток времени), экспоненциальная кривая никогда не уходит в бесконечность за конечный промежуток времени. Поэтому в данной лабораторной работе график зависимости температуры воды в калориметре от времени в полулогарифмических координатах представляет отрезки прямых.

37. Сформулировать закон вязкого трения Ньютона. Дать определение вязкости. В каких единицах измеряется вязкости в СИ?

Вязкость, или внутреннее трение- это свойство всех текучих тел(жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. МКТ объясняет вязкость тепловым движением и взаимодействием молекул.

Два соприкасающихся элемента жидкости, двигающиеся в одном и том же направлении, но с разными скоростями, воздействуют друг на друга. Сила взаимодействия ускоряет медленно движущийся слой жидкости и замедляет более быстрый. Ньютон предположил, что величина этой силы, называемой силой внутреннего трения, пропорциональна изменению скорости течения жидкости в направлении, перпендикулярном ее движению, и зависит от площади S соприкосновения слоев жидкости: . Эта формула определяет закон вязкого трения, установленным Ньютоном в 1867 году. Где коэффициент пропорциональности называется вязкостью жидкости (или газа) и зависит только от свойств жидкости (газа), заполняющей пространство между поверхностями (при данной температуре). В СИ вязкость измеряется в Па•с, пуаз (паскаль*секунда). 1 Па·c = 10 пз. Формула для вязкости выводится из общего уравнения переноса. С повышением температуры понижается вязкость.

 

 

 

 

y 𝝊 +d𝝊

𝝊

0 x grad ῡ градиент скорос

 

z

38. В каких единицах измеряется давление в СИ?

Давление – физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных т.е. перпендикулярных поверхности сил, с кот. одно тело действует на поверхность другого тела. В международной системе давление измеряется в Па = Н/ . 1 мм.рт.ст.=133,3 Па; 1атм.=760 мм.рт.ст.=101,325 кПа.