热容的物理本质

如题所述

在不发生相变化和化学变化的前提下,系统与环境所交换的热与由此引起的温度变化之比称为系统的热容。系统与环境交换热的多少应与物质种类、状态、物质的量和交换的方式有关。因此,系统的热容值受上述各因素的影响。另外,温度变化范围也将影响热容值,即使温度变化范围相同,系统所处的始、末状态不同,系统与环境所交换的热值也不相同。所以,由某一温度变化范围内测得的热交换值计算出的热容值,只能是一个平均值,称为平均热容。即
C平均=Q/ΔT
当温度变化时,平均热容就很难反映系统的真实状态。为此提出了热容的概念,其定义式为
C=δQ/dT
热容的单位为J·K-1,是系统的广度性质。1mol物质的热容称为摩尔热容,以Cm表示,单位为J·mol-1·K-1,C=nCm;单位质量物质的热容称为比热容。[1]
热容分类
热容是一个广度量(广延量),如果升温是在体积不变条件下进行,该热容称为等容热容,如果升温是在压强不变条件下进行,该热容称为等压热容。单位质量物体的热容称为比热容。设物体的温度由T1K升高至T2K时吸热为Q,则Q/(T2-T1)称为T1至T2温度间隔内的平均热容(average heat capacity)。

热容公式
由于物体在不同温度时升高1K所需热不同,因此在某一温度T时物体的热容C的严格定义是(见图)lim代表T2趋近于T1的极限,δQ表示无限小量热比区别于状态函数的全微如dT。
组成不变的均相封闭系统,系统吸收热的多少与温度升高的幅度成正比。热力学规定:在不做非体积功的情况下,一个不发生化学变化和相变化的封闭系统,温度每升高1℃所需要的热称为热容(heat capacity)。用符号C表示,单位:J/K。
C=δQ/dT
在一定温度区间ΔT内,系统吸收的热Q与温度变化幅度的比值称为平均热容。热容不仅与系统的性质有关,还与系统中所含物质的数量有关。单位质量的物质温度每升高1℃所需要的热称为比热容,简称比热,单位:J/(K·g)或J/(K·kg)。1mol物质温度每升高1℃所需要的热称为摩尔热容,用符号Cm表示,单位:J/(K·mol)或者J/(mol·K)。
因为热与过程有关,所以系统的热容也与过程有关。封闭系统恒容过程的热容称为恒容热容,用CV表示,摩尔恒容热容用符号CV,m表示
CV=nCV,m=δQV/dT
在不做非体积功的情况下,封闭体系的恒容过程δQV=dU。
由此可见,在无化学变化和相变且不做非体积功的过程中,恒容热容又等于封闭系统的热力学能随温度的变化率。从上式可得
dU=CVdT=nCV,mdT
利用上式可以计算封闭系统无化学变化和相变且不做非体积功的过程中的热力学能变。若恒容热容与温度无关,则
ΔU=CV(T2-T1)=nCV,m(T2-T1)
同样,封闭系统的恒压热容用符号Cp表示,摩尔恒压热容用符号Cp,m表示,公式同上。[2]
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第1个回答  2021-12-25
固体的热容本质是原子振动在宏观性质上的一个最直接的表现,热量进入晶格后,引起晶格振动,发射晶格波(即振子),能量表现为振幅的增加,增加方式为以声子为单位增加振子的能量。
其本质反映了晶体受热后所激发的晶格波与温度的关系。本回答被网友采纳
第2个回答  2021-01-11

热容:物质的物理性质之一

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