§25 Теплоемкость

Термодинамическую систему с точки зрения ее способности принимать (или отдавать) энергию в форме теплоты принято характеризовать теплоемкостью.

Теплоемкостью тела (системы) называется физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое нужно сообщить телу (системе), чтобы изменить его температуру на один Кельвин.

Если телу сообщено бесконечно малое количество теплоты Q, вызвавшее бесконечно малое повышение температуры dТ, то его теплоемкость С по определению равна

(25.1)

Единица теплоемкости в СИ – джоуль, деленный на кельвин (Дж/К).

Эксперименты и теоретические расчеты показывают, что теплоемкость тела зависит от его химического состава, массы и термодинамического состояния (например, от температуры), а также от вида процесса изменения состояния тела при сообщении ему теплоты.

Удельной теплоемкостью называется теплоемкость единицы массы вещества, то есть для однородного вещества

, (25.2)

где с - удельная теплоемкость, М - масса вещества.

Единица удельной теплоемкости в СИ – джоуль, деленный на кельвин-килограмм [(Дж/(К^.кг)].

Молярной теплоемкостью называется теплоемкость одного моля вещества, то есть

, (25.3)

где С - молярная теплоемкость;  - молярная масса вещества.

Единица молярной теплоемкости в СИ – джоуль, деленный на кельвин-моль [Дж/(К^.моль)].

Элементарное количество теплоты Q, необходимое для изменения температуры тела на dТ, определяется как

,

а для однородного тела

(25.4)

где М/ - количество вещества (число молей).

§26. Первый закон термодинамики

Первый закон (первое начало) термодинамики является математическим выражением закона сохранения и превращения энергии в применении к термодинамическим системам. Он был установлен в результате экспериментальных и теоретических исследований в области физики и химии, завершающим этапом которых явилось открытие эквивалентности теплоты и работы, то есть обнаружение того, что превращение теплоты в работу и работы в теплоту осуществляется всегда в одном и том же строго постоянном количественном соотношении.

В §24 было отмечено, что внутренняя энергия системы может быть изменена двумя путями: совершением работы и теплопередачей. Следовательно, можно записать:

, (26.1)

где U₁₂ - изменение внутренней энергии системы при ее переходе из состояния 1 в состояние 2 в результате совершения над ней работы со стороны внешних тел и передачи ей извне некоторого количества теплоты.

Учтем, что работа , совершаемая самой системой над внешними телами, численно равна и противоположна по знаку работевнешних тел над системой, то есть

, (26.2)

поэтому выражение (26.1) можно переписать в виде

. (26.3)

Это уравнение представляет собой математическую запись первого закона термодинамики: количество теплоты, сообщенное системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

При бесконечно малом изменении состояния системы уравнение (26.3) принимает вид

^, (26.4)

где - бесконечно малое изменение внутренней энергии системы при сообщении ей элементарного количества теплотыQ и совершении системой элементарной работы А над внешними телами.