Лабораторная работа «определение теплоемкости веществ

Выполнил: студент гр.2222

Тагиров А.Н.

Проверил:

Габдрахманов А.T.

Цель работы:

1. Ознакомиться с понятием теплоемкости вещества.

2. Изучить методику определения теплоемкости вещества с помощью сравнительного метода динамического С-калориметра с тепломером и адиабатической оболочкой.

3. Ознакомиться с конструкцией измерителя теплоемкости ИТ-С-400.

4. Исследовать температурную зависимость удельной теплоемкости твердых тел.

1. Краткие сведения из теории

Теплоемкостью тела (системы тел) – называется отношение количества теплоты, поглощенной телом в определенном термодинамическом процессе, к изменению его температуры.

C = dQ/dT, Дж/К, (1)

где dQ – элементарное количество теплоты;

dT – элементарное изменение температуры.

Теплоемкость численно равна количеству теплоты, которое необходимо подвести к системе, чтобы при заданных условиях повышать ее температуру на 1 градус.

В зависимости от количественной единицы тепла, к которому подводится теплота в термодинамике, различают массовую, объемную и мольную теплоемкости.

Массовая теплоемкость (удельная теплоемкость) – теплоемкость, отнесенная к единице массы рабочего тела,

C = C/m, Дж/кг·К.

Объемная теплоемкость – теплоемкость, отнесенная к единице объема рабочего тела,

C = C/V, Дж/м³·К.

Мольная теплоемкость – теплоемкость, отнесенная к количеству рабочего тела, в молях,

C_ = C/n, Дж/моль·К,

где n – количество газа в молях.

Массовая и мольные теплоемкости связаны следующим соотношением:

C = C_/, или C_ = ·С,

где  - молекулярная масса.

Объемная теплоемкость газов выражается через мольную, как

C’ = C_/V_, или C_ = C’·V_,

где V_ = 22,4 м³/моль – мольный объем газа при нормальных условиях. Плотность газа при нормальных физических условиях _н = /22,4.

Следовательно,

С = C’/ _н, или C’= С·_н.

Как и теплота Q, теплоемкость С всегда зависит от внешних условий и характера термодинамического процесса. В общем случае значение теплоемкости С лежит в интервале от - до +, то есть она может быть любой положительной или отрицательной величиной.

Теплоемкости являются функциями параметров термодинамической системы. Для простых систем – это функции каких-либо двух или трех параметров: p, V, T.

В термодинамике широко используется:

а) теплоемкость при постоянном объеме, равная отношению количества теплоты dQ_v к изменению температуры тела dT в изохорном процессе (V = const);

C_v = (dQ/dT)_v;

б) теплоемкость при постоянном давлении, равная отношению количества теплоты dQ_р к изменению температуры тела dT в изобарном процессе (Р = const);

C_p = (dQ/dT)_p;

Аналитические зависимости для теплоемкостей Cv и Cp получают, используя уравнения для внутренней энергии и энтальпии:

dU = (Q/T)_v·dT + (U/v)_T·dv (1)

di = (i/T)_p·dT + (i/p)_T·dp, (2)

и уравнение первого закона термодинамики:

dq = dU + p·dv, (3)

dq = di – v·dp. (4)

Из уравнений (1) и (3) при V = const (dv=0) получим

dq = (U/T)_v·dT (5)

Отсюда

C_v = (U/T)_v, (6)

То есть теплоемкость тела при постоянном объеме является функцией температуры и объема. Для идеального газа внутренняя энергия является функцией только температуры. В этом случае

C_v = dU/dT (7)