Питома теплоємність

Кількість теплоти, необхідна для нагрівання будь-якого тіла на один градус називається теплоємністю тіла і знаходиться за формулою:

${\displaystyle Q=c\cdot m\cdot \Delta T}$,

де m — маса речовини, c — питома теплоємність, ΔT — різниця кінцевої і початкової температур речовини.

Використовуються також поняття:

• молярної теплоємності (c_μ) — це кількість теплоти, яку необхідно надати молю речовини, щоб нагріти її на один градус. Одиниця вимірювання в системі SI — Дж/(моль·К);
• об'ємної теплоємності (c_v) — це кількість теплоти, яку необхідно надати одиниці об'єму речовини, щоб нагріти його на один градус. Одиниця вимірювання в системі SІ — Дж/(м³·К).

Наведене вище загальне означення теплоємності не визначає її повністю. Кількість теплоти, необхідна для того, щоб нагріти речовину на один градус, залежить від того, яким чином проводиться це нагрівання.

Найважливішими умовами нагрівання є нагрівання при сталому об'ємі й при сталому тиску. Їх заведено позначати ${\displaystyle c_{V}}$ і ${\displaystyle c_{P}}$.

Якщо нагрівати речовину, підтримуючи сталим тиск, то речовина буде розширюватися й виконувати при цьому певну роботу. Тому для нагрівання потрібно більше теплоти. Теплоємність при сталому тиску більша за теплоємність при сталому об'ємі: ${\displaystyle c_{V}<c_{P}\,}$.

Згідно з третім законом термодинаміки при абсолютному нулі температури теплоємність стає нульовою. При малих температурах теплоємність твердих тіл зростає пропорційно кубу від температури (закон Дебая). При температурах, які перевищують температуру Дебая, теплоємність твердих тіл стає незалежною від температури (закон Дюлонга-Пті).

Залежність теплоємності від температури має особливості в області фазових переходів.

Експериментальне вивчення температурної залежності в широкому інтервалі зміни температури вказує на те, що ${\displaystyle c_{V}}$ в ідеальних двохатомних газах істотно залежить від температури і обумовлено зі зникненням з якоїсь причини чи то коливального, чи то двох обертальних, чи то двох поступальних, чи то одного поступального й одного обетрального ступенів вільності. Тож для обчислення енергії двохатомної молекули застосовують закони квантової механіки.

Для ідеального газу

${\displaystyle c_{V}={\frac {i}{2}}{k_{B}N \over m}}$

де ${\displaystyle k_{B}}$ — стала Больцмана, ${\displaystyle i}$ — число ступенів вільності.

${\displaystyle c_{P}={\frac {i+2}{2}}{k_{B}N \over m}}$

Для твердого тіла для достатньо високих температур

${\displaystyle c_{V}={3R \over m}}$

Для рідин ${\displaystyle {\Bigl (}{\partial V \over \partial T}{\Bigr )}_{liq}^{2}\propto {\Bigl (}{\partial V \over \partial T}{\Bigr )}_{solid}^{2}}$ для рідкого й твердого стану відповідно, тому для цієї речовини ${\displaystyle c_{P}}$ та ${\displaystyle c_{V}}$ не різняться. Теплоємність при сталому тиску може бути розрахована згідно рівнянь термодинаміки, якщо відомі коефіцієнт теплового розширення ${\displaystyle \alpha _{p}}$, коефіцієнт ізотермічної ${\displaystyle \beta _{T}}$ та адіабатичної стисливості ${\displaystyle \beta _{S}}$. При цьому

${\displaystyle c_{p}={\alpha _{p}^{2}\ T \over \rho m(\beta _{T}-\beta _{S})}}$

Дослід показує, що для діелектричних рідин теплоємність Cp зростає зі збільшенням температури по ізохорі прямуючи на нескінченність при підході до критичної точки за законом

${\displaystyle c\propto \mid T-T_{C}\mid ^{-\alpha }}$,

де ${\displaystyle \alpha =0,11-0,12}$ та зм еншується зі збільшенням тиску.

• Питома величина
• Теплоємність
• Питома теплота плавлення
• Питома теплота згоряння
• Температура Дебая

• Ромашко О. В. Курс лекцій з дисципліни «Термодинаміка» (для студентів напрямку підготовки 6.060101 — «Будівництво» спеціальності "Теплогазопостачання і вентиляція ") / О. В. Ромашко, В. А. Міланко; Харк. нац. акад. міськ. госп-ва. — Х.: ХНАМГ, 2009. — 167 с.
• Буляндра О. Ф. Технічна термодинаміка: Підручн. для студентів енерг. спец. вищ. навч. закладів. — К.: Техніка, 2001. — 320 с. ISBN 966-575-103-4
• Базаров И. П. Термодинамика. Учебник для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа — 1991. — 376 с. ISBN 5-06-000626-3
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Том 2. Термодинамика и молекулярная физика. — М.: Наука, 1975. — 519 c.
• Федорченко А.М. (1993). Теоретична фізика. Квантова механіка, термодинаміка і статистична фізика. Т.2. Київ: Вища школа.
• Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. (1976). Теоретическая физика. т. V. Статистическая физика. Часть 1. Москва: Наука.
• Адаменко І. І., Булавін Л. А. «Фізика рідин та рідинних систем», К.:АСМІ, 2006. — 650 с.

• Теплоємність питома // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.