Capacidad calorífica cuerpo (generalmente denotado letra latina C) - cantidad física determinada por la relación de una cantidad infinitesimal de calor δ q, recibido por el cuerpo, al correspondiente incremento de su temperatura δ t :

$C = (\delta Q \sobre \delta T).$

La unidad de capacidad calorífica en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es J/.

Calor especifico

La capacidad calorífica específica es la capacidad calorífica por unidad de cantidad de una sustancia. La cantidad de una sustancia se puede medir en kilogramos, metros cubicos y reza. Dependiendo de cual unidad cuantitativa se refiere a la capacidad calorífica; distingue entre capacidad calorífica másica, volumétrica y molar.

Capacidad calorífica específica de masa ( CON), también llamada simplemente capacidad calorífica específica, es la cantidad de calor que se debe suministrar a una unidad de masa de una sustancia para calentarla a una unidad de temperatura. En el SI se mide en julios por kilogramo por kelvin (J kg −1 K −1).

Y cuando presión constante

$c_p = c_v + R = \frac(i+2)(2) R.$

Transferencia de materia de uno estado de agregación en otro acompañado espasmódico un cambio en la capacidad calorífica en un punto de transformación de temperatura específico para cada sustancia: el punto de fusión (transición de un sólido a líquido), el punto de ebullición (transición de un líquido a gas) y, en consecuencia, las temperaturas de las transformaciones inversas : congelación y condensación.

Las capacidades caloríficas específicas de muchas sustancias se dan en libros de referencia, generalmente para un proceso a presión constante. Por ejemplo, la capacidad calorífica específica del agua líquida en condiciones normales- 4200 J/(kg·K); hielo - 2100 J/(kg·K).

Teoría de la capacidad calorífica

Existen varias teorías sobre la capacidad calorífica de un sólido:

Ley de Dulong-Petit y ley de Joule-Kopp. Ambas leyes se derivan de conceptos clásicos y, con cierta precisión, son válidas sólo para temperaturas normales(aprox. 15°C a 100°C).
La teoría cuántica de Einstein sobre las capacidades caloríficas. Primer uso leyes cuánticas a la descripción de la capacidad calorífica.
La teoría cuántica de las capacidades caloríficas de Debye. Contiene la mayor parte Descripción completa y está de acuerdo con el experimento.

La capacidad calorífica de un sistema de partículas que no interactúan (por ejemplo, gas ideal) está determinada por el número de grados de libertad de las partículas.

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Notas

Literatura

// Diccionario enciclopédico joven físico/ V. A. Chuyanov (compilado). - M.: Pedagogía, 1984. - págs. - 352 segundos.

ver también

Extracto que caracteriza la capacidad calorífica.

No podía tener una meta, porque ahora tenía fe; no fe en algunas reglas, palabras o pensamientos, sino fe en un Dios vivo, siempre sentido. Anteriormente, lo buscó para los fines que se propuso. Esta búsqueda de una meta era sólo una búsqueda de Dios; y de repente aprendió en su cautiverio, no con palabras, no con razonamientos, sino con sentimiento directo, lo que su niñera le había dicho hacía mucho tiempo: que Dios está aquí, aquí, en todas partes. En cautiverio, aprendió que Dios en Karataev es más grande, infinito e incomprensible que en el Arquitecto del universo reconocido por los masones. Experimentó la sensación de un hombre que había encontrado lo que buscaba bajo sus pies, mientras forzaba la vista, mirando lejos de sí mismo. Toda su vida había estado mirando hacia algún lugar, por encima de las cabezas de las personas que lo rodeaban, pero no debería haber forzado la vista, sino solo mirar frente a él.
No había podido ver antes lo grande, incomprensible e infinito en nada. Simplemente sintió que debía estar en alguna parte y lo buscó. En todo lo cercano y comprensible veía algo limitado, mezquino, cotidiano, sin sentido. Se armó de mental telescopio terrestre y miró a lo lejos, donde esta pequeña cosa cotidiana, escondida en la niebla de la distancia, le parecía grande e interminable sólo porque no era claramente visible. Así imaginaba la vida europea, la política, la masonería, la filosofía, la filantropía. Pero incluso entonces, en esos momentos en los que consideraba su debilidad, su mente penetraba en esa distancia, y allí veía las mismas cosas mezquinas, cotidianas y sin sentido. Ahora había aprendido a ver lo grande, lo eterno y lo infinito en todo, y por eso, naturalmente, para verlo, para disfrutar de su contemplación, arrojó el tubo por el que hasta ahora había estado mirando a través de las cabezas de las personas. , y contempló con alegría el siempre cambiante y siempre grandioso mundo que lo rodeaba, la vida incomprensible e interminable. Y cuanto más miraba, más tranquilo y feliz estaba. Anteriormente, la terrible pregunta que destruyó todas sus estructuras mentales fue: ¿por qué? no existía para él ahora. Ahora a esta pregunta: ¿por qué? en su alma siempre estuvo lista una respuesta sencilla: porque hay un Dios, ese Dios, sin cuya voluntad no caerá ni un cabello de la cabeza del hombre.

Pierre apenas ha cambiado en sus técnicas externas. Se veía exactamente igual que antes. Al igual que antes, estaba distraído y parecía preocupado no por lo que tenía delante de sus ojos, sino por algo especial propio. La diferencia entre su estado anterior y presente era que antes, cuando olvidaba lo que tenía frente a él, lo que le decían, él, arrugando la frente de dolor, parecía intentarlo y no podía ver algo lejos de él. Ahora también se olvidó de lo que le dijeron y de lo que tenía delante; pero ahora, con una sonrisa apenas perceptible, aparentemente burlona, miró lo que tenía frente a él, escuchó lo que le decían, aunque obviamente vio y escuchó algo completamente diferente. Antes, aunque parecía una persona amable, era infeliz; y por eso la gente involuntariamente se alejaba de él. Ahora una sonrisa de alegría de vivir jugaba constantemente en su boca, y sus ojos brillaban con preocupación por las personas: la pregunta: ¿son tan felices como él? Y la gente se alegraba de su presencia.
Antes hablaba mucho, se emocionaba cuando hablaba y escuchaba poco; Ahora rara vez se dejaba llevar por la conversación y sabía escuchar para que la gente le contara de buen grado sus secretos más íntimos.
La princesa, que nunca había amado a Pierre y que sentía hacia él un sentimiento particularmente hostil desde que, tras la muerte del viejo conde, se sintió obligada hacia Pierre, para su disgusto y sorpresa, después de una breve estancia en Orel, adonde llegó con el intención de demostrarle a Pierre que, a pesar de su ingratitud, ella considera su deber seguirlo; la princesa pronto sintió que lo amaba; Pierre no hizo nada para congraciarse con la princesa. Él simplemente la miró con curiosidad. Anteriormente, la princesa sentía que en su mirada había indiferencia y burla, y ella, como frente a otras personas, se encogía ante él y solo mostraba su lado de la lucha vida; ahora, por el contrario, sentía que él parecía llegar al fondo de los aspectos más íntimos de su vida; y ella, al principio con desconfianza y luego con gratitud, le mostró los lados buenos ocultos de su carácter.
Mayoría hombre astuto No podría haberse insinuado más hábilmente en la confianza de la princesa, evocando sus recuerdos de los mejores momentos de su juventud y mostrando simpatía por ellos. Mientras tanto, toda la astucia de Pierre consistía únicamente en el hecho de que buscaba su propio placer, evocando sentimientos humanos en la princesa amargada, seca y orgullosa.
- Sí, él es muy, muy. una persona agradable“Cuando está bajo la influencia no de gente mala, sino de gente como yo”, se dijo la princesa.
El cambio que se produjo en Pierre fue notado a su manera por sus sirvientes, Terenty y Vaska. Descubrieron que había dormido mucho. Muchas veces Terenty, después de desnudar al maestro, con las botas y el vestido en la mano, deseándole buenas noches, dudaba en irse, esperando a ver si el maestro entablaba conversación. Y en la mayor parte Pierre detuvo a Terenty y notó que quería hablar.

Capacidad calorífica del gas. La capacidad calorífica de un cuerpo CT es la relación entre la cantidad de calor Q impartida al cuerpo y el cambio de temperatura ∆T

La capacidad calorífica de un cuerpo C T es la relación la cantidad de calor Q impartida al cuerpo ante el cambio de temperatura ∆T causado por esta transferencia de calor.

Distinguir capacidad calorífica específica de una sustancia(c) y capacidad calorífica molar (C).

La capacidad calorífica específica de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para calentar 1 kg sustancias por 1 A

La capacidad calorífica molar es la cantidad de calor necesaria para calentar 1 mol de una sustancia en 1 K.

Existe una conexión obvia entre las capacidades caloríficas específicas y molares.

Resulta que la capacidad calorífica depende significativamente de las condiciones en las que se calienta el gas. Distinguir capacidad calorífica a volumen constante C v y capacidad calorífica a presión constante C p. En temperatura constante la capacidad calorífica es igual al infinito, ya que ∆T= 0.

Considere 1 mol de gas calentado a volumen constante (V= constante, v = t/μ = 1 mol). Según la primera ley de la termodinámica, todo el calor suministrado al gas se destina a cambiarlo. energía interna Q = ∆U.

Obtengamos una expresión para la capacidad calorífica del gas a volumen constante.

Teniendo en cuenta que ∆U = (i/2)v/R∆T, obtenemos:

Por tanto, la capacidad calorífica molar a volumen constante depende sólo del número de grados de libertad. i moléculas de gas, es decir del número de átomos de la molécula y de su estructura.

Ahora calentemos 1 mol de gas a presión constante (p = const, v = 1 mol). En este caso, el calor suministrado al gas se destina, de acuerdo con la primera ley de la termodinámica, no solo a cambiar su energía interna, sino también al trabajo de expansión del gas (es la expansión del gas la que asegura una presión constante). . Y esto significa que La capacidad calorífica de un gas a presión constante es mayor que su capacidad calorífica a volumen constante (C p > C v ). Para encontrar su diferencia, primero calculemos el trabajo de expansión de 1 mol de gas durante un proceso isobárico. De acuerdo con la fórmula (3), este trabajo A= р∆ V= p(V2 – V1) = pV3 – pV1. Tengamos en cuenta la ecuación de Mendeleev-Clapeyron, entonces

La fórmula (11) le permite configurar significado fisico constante universal de gas r. Por condición p = constante y v = 1 mol; supongamos que ∆T = 1K, entonces numéricamente A = R o La constante universal de los gases es numéricamente igual al trabajo de expansión de un mol de un gas ideal cuando se calienta a 1K en presión constante.

Para encontrar la fórmula de la capacidad calorífica de un gas a presión constante, utilizamos la definición de capacidad calorífica molar (7) y la primera ley de la termodinámica.

Teniendo en cuenta la fórmula (9) en el primer término y (11) en el segundo, obtenemos

Esta expresión se llama La ecuación de Mayer. Sustituyamos la expresión (10) en esta ecuación y obtengamos

Una característica termodinámica importante es la relación entre la capacidad calorífica a presión constante y la capacidad calorífica a volumen constante. τ

De las fórmulas (10) y (13) se deduce que según los valores de las capacidades caloríficas, todos los gases se pueden dividir en tres tipos: gases monoatómicos, diatómicos y poliatómicos. Entonces es fácil contar todo. valores posibles sus capacidades caloríficas. Todos los resultados y conclusiones de este párrafo se pueden atribuir a teoría clásica capacidades caloríficas. Las mediciones directas mostraron que esta teoría es plenamente válida sólo para gases monoatómicos. Los gases di y poliatómicos proporcionan diferencias significativas valores experimentales capacidades caloríficas de las teóricas, especialmente a temperaturas significativamente diferentes de las normales. Esta cuestión es considerada de manera más completa y correcta por la teoría cuántica de la capacidad calorífica. Expresiones para la capacidad calorífica. sólidos se puede encontrar en la conferencia No. 17.

El cambio de energía interna al realizar trabajo se caracteriza por la cantidad de trabajo, es decir El trabajo es una medida del cambio de energía interna en este proceso. El cambio en la energía interna de un cuerpo durante la transferencia de calor se caracteriza por una cantidad llamada cantidad de calor.

Es un cambio en la energía interna de un cuerpo durante el proceso de transferencia de calor sin realizar trabajo. La cantidad de calor se indica con la letra. q .

El trabajo, la energía interna y el calor se miden en las mismas unidades: julios ( j), como cualquier tipo de energía.

En las mediciones térmicas, anteriormente se utilizaba una unidad especial de energía como unidad de cantidad de calor: la caloría ( heces), igual a la cantidad de calor necesaria para calentar 1 gramo de agua en 1 grado Celsius (más precisamente, de 19,5 a 20,5 ° C). Esta unidad, en particular, se utiliza actualmente para calcular el consumo de calor (energía térmica) en edificios de apartamentos. Se ha establecido experimentalmente el equivalente mecánico del calor: la relación entre calorías y julios: 1 cal = 4,2 J.

Cuando un cuerpo transfiere una determinada cantidad de calor sin realizar trabajo, su energía interna aumenta; si el cuerpo desprende una determinada cantidad de calor, entonces su energía interna disminuye.

Si viertes 100 g de agua en dos recipientes idénticos, uno y 400 g en el otro a la misma temperatura y los colocas en quemadores idénticos, el agua del primer recipiente hervirá antes. Así, que mas masa cuerpo, entonces gran cantidad necesita calor para calentarse. Lo mismo ocurre con el enfriamiento.

La cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo también depende del tipo de sustancia de la que está formado. Esta dependencia de la cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo del tipo de sustancia se caracteriza por una cantidad física llamada capacidad calorífica específica sustancias.

- Este cantidad física, igual a la cantidad de calor que se debe impartir a 1 kg de una sustancia para calentarla 1 ° C (o 1 K). 1 kg de sustancia libera la misma cantidad de calor cuando se enfría 1 °C.

La capacidad calorífica específica se designa con la letra. Con. La unidad de capacidad calorífica específica es 1 J/kg °C o 1 J/kg °K.

La capacidad calorífica específica de las sustancias se determina experimentalmente. Los líquidos tienen una capacidad calorífica específica mayor que los metales; El agua tiene el calor específico más alto, el oro tiene un calor específico muy pequeño.

Dado que la cantidad de calor es igual al cambio en la energía interna del cuerpo, podemos decir que la capacidad calorífica específica muestra cuánto cambia la energía interna. 1 kg sustancia cuando su temperatura cambia en 1ºC. En particular, la energía interna de 1 kg de plomo aumenta en 140 J cuando se calienta 1 °C y disminuye en 140 J cuando se enfría.

q necesario para calentar un cuerpo de masa metro en temperatura t 1°С hasta la temperatura t 2 °С, es igual al producto de la capacidad calorífica específica de la sustancia, la masa corporal y la diferencia entre las temperaturas final e inicial, es decir

Q = c ∙ metro (t 2 - t 1)

La misma fórmula se utiliza para calcular la cantidad de calor que desprende un cuerpo al enfriarse. Sólo en este caso se debe restar la temperatura final a la temperatura inicial, es decir de mayor valor restar la temperatura menor.

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Material de la Enciclopedia

La capacidad calorífica de un cuerpo es la cantidad de calor que se debe impartir a un cuerpo determinado para aumentar su temperatura en un grado. Cuando el cuerpo se enfría un grado, desprende la misma cantidad de calor. La capacidad calorífica es proporcional a la masa corporal. La capacidad calorífica de una unidad de masa de un cuerpo se llama calor específico, y el producto de la capacidad calorífica específica y la atómica o peso molecular- atómico o molar, respectivamente.

Capacidades caloríficas varias sustancias difieren mucho entre sí. Así, la capacidad calorífica específica del agua a 20° C es 4200 J/kg K, la madera de pino - 1700, el aire - 1010. Para los metales es menor: aluminio - 880 J/kg K, hierro - 460, cobre - 385, plomo - 130. La capacidad calorífica específica aumenta ligeramente con la temperatura (a 90°C la capacidad calorífica del agua es 4220 J/kg K) y cambia mucho durante las transformaciones de fase: la capacidad calorífica del hielo a 0°C es 2 veces menor que el del agua; La capacidad calorífica del vapor de agua a 100°C es de aproximadamente 1500 J/kg K.

La capacidad calorífica depende de las condiciones bajo las cuales se producen los cambios en la temperatura corporal. Si el tamaño del cuerpo no cambia, entonces todo el calor se destina a cambiar la energía interna. Aquí estamos hablando de capacidad calorífica a volumen constante (C V). Bajo presión externa constante gracias a expansión térmica se está haciendo Trabajo mecánico contra Fuerzas externas, y calentar a una temperatura particular requiere más calor. Por tanto, la capacidad calorífica a presión constante CP es siempre mayor que CV. Para gases ideales C P - C V = R (ver figura), donde R es la constante del gas igual a 8,32 J/mol K.

Generalmente medido por C P . Manera clásica Las mediciones de la capacidad calorífica son las siguientes: el cuerpo cuya capacidad calorífica (C x) se va a medir se calienta a una determinada temperatura t x y se coloca en un calorímetro con una temperatura inicial t 0, lleno de agua u otro líquido con una capacidad calorífica conocida (C a y C w - las capacidades caloríficas del calorímetro y del líquido) . Medir la temperatura en el calorímetro después de establecer equilibrio termal(t), puedes calcular la capacidad calorífica del cuerpo usando la fórmula:

C x = (t-t 0)(C f m f + C k m k) / (m x (t x -t)),

donde m x, m f y m k son las masas del cuerpo, líquido y calorímetro.

La teoría más desarrollada es la capacidad calorífica de los gases. A temperaturas ordinarias, el calentamiento conduce principalmente a un cambio en la energía de traslación y movimiento rotacional moléculas de gas. Para la capacidad calorífica molar de gases monoatómicos, la teoría CV da 3R/2, gases diatómicos y poliatómicos: 5R/2 y 3R. En muy temperaturas bajas La capacidad calorífica es ligeramente menor debido a efectos cuánticos(cm. Mecánica cuántica). En altas temperaturas está agregado energía vibratoria, y la capacidad calorífica de los gases poliatómicos aumenta al aumentar la temperatura.

La capacidad calorífica atómica de los cristales, según la teoría clásica, es igual a 3Ry, lo que concuerda con la ley empírica de Dulong y Petit (establecida en 1819 por los científicos franceses P. Dulong y A. Petit). Teoría cuántica La capacidad calorífica lleva a la misma conclusión a altas temperaturas, pero predice una disminución de la capacidad calorífica a medida que disminuye la temperatura. De cerca cero absoluto la capacidad calorífica de todos los cuerpos tiende a cero (tercera ley de la termodinámica).

La capacidad calorífica de un cuerpo es la cantidad de calor que se debe impartir a un cuerpo determinado para aumentar su temperatura en un grado. Cuando el cuerpo se enfría un grado, desprende la misma cantidad de calor. La capacidad calorífica es proporcional a la masa corporal. La capacidad calorífica de una unidad de masa de un cuerpo se llama calor específico, y el producto de la capacidad calorífica específica y la masa atómica o molecular se llama masa atómica o molar, respectivamente.

Las capacidades caloríficas de diferentes sustancias varían mucho. Así, la capacidad calorífica específica del agua a 20° C es 4200 J/kg K, la madera de pino - 1700, el aire - 1010. Para los metales es menor: aluminio - 880 J/kg K, hierro - 460, cobre - 385, plomo - 130. La capacidad calorífica específica aumenta ligeramente con la temperatura (a 90°C la capacidad calorífica del agua es 4220 J/kg K) y cambia mucho durante las transformaciones de fase: la capacidad calorífica del hielo a 0°C es 2 veces menor que el del agua; La capacidad calorífica del vapor de agua a 100°C es de aproximadamente 1500 J/kg K.

La capacidad calorífica depende de las condiciones bajo las cuales se producen los cambios en la temperatura corporal. Si el tamaño del cuerpo no cambia, entonces todo el calor se destina a cambiar la energía interna. Esto se refiere a la capacidad calorífica a volumen constante. A una presión externa constante, debido a la expansión térmica, se realiza trabajo mecánico contra fuerzas externas y calentar a una temperatura particular requiere más calor. Por tanto, la capacidad calorífica a presión constante es siempre mayor que . Para gases ideales (ver figura), donde R es la constante del gas igual a 8,32 J/mol K.

Generalmente medido. La forma clásica de medir la capacidad calorífica es la siguiente: el cuerpo cuya capacidad calorífica se va a medir se calienta a una temperatura determinada y se coloca en un calorímetro con una temperatura inicial lleno de agua u otro líquido con una capacidad calorífica conocida y - el calor capacidad del calorímetro y del líquido).

Midiendo la temperatura en un calorímetro después de que se ha establecido el equilibrio térmico, la capacidad calorífica del cuerpo se puede calcular mediante la fórmula:

donde y son las masas del cuerpo, líquido y calorímetro.

La teoría más desarrollada es la capacidad calorífica de los gases. A temperaturas normales, el calentamiento conduce principalmente a un cambio en la energía del movimiento de traslación y rotación de las moléculas de gas. Para la capacidad calorífica molar de gases monoatómicos, la teoría da , gases diatómicos y poliatómicos - y . A temperaturas muy bajas, la capacidad calorífica es algo menor debido a efectos cuánticos (ver Mecánica cuántica). A altas temperaturas, se agrega energía vibratoria y la capacidad calorífica de los gases poliatómicos aumenta con la temperatura.

La capacidad calorífica atómica de los cristales, según la teoría clásica, es igual a , lo que concuerda con la ley empírica de Dulong y Petit (establecida en 1819 por los científicos franceses P. Dulong y A. Petit). La teoría cuántica de la capacidad calorífica lleva a la misma conclusión a altas temperaturas, pero predice una disminución de la capacidad calorífica a medida que disminuye la temperatura. Cerca del cero absoluto, la capacidad calorífica de todos los cuerpos tiende a cero (tercera ley de la termodinámica).