Теплоемкость есть свойство вещества, характеризующее отношение количества тепла, сообщенного этому веществу, к вызванному им изменению температуры. Согласно более строгому определению, теплоемкость - термодинамическая величина, определяемая выражением
,(3.1)
где
- количество теплоты, сообщенное системе и вызвавшее изменение ее температуры на
.
Знание теплоемкости необходимо для выполнения самых разнообразных расчетов, например, при расчете тепловых балансов, при проектировании всевозможной теплообменной аппаратуры и реакторов, при расчете химического равновесия и пр. Знание температурной зависимости теплоемкости необходимо при определении энтропии вещества, изучение теплоемкости вещества несет важную информацию о строении его молекул и пр.
При практических расчетах используются следующие понятия:
Возможно вы искали - Статья: Теплоты сорбции акрилонитрила в капроновые
· средняя теплоемкость - это отношение конечных разностей
;
· истинная теплоемкость - это отношение бесконечно малых величин
;
· теплоемкость при постоянном объеме - соответствует процессу подвода тепла при постоянном объеме, когда не совершается работа расширения и количество тепла соответствует изменению внутренней энергии
; (3.2)
· теплоемкость при постоянном давлении
Похожий материал - Реферат: Термодинамика поверхностного слоя
(3.3)
соответствует процессу подвода тепла при постоянном давлении, когда повышение температуры приводит к изменению объема и, таким образом, одновременно совершается некоторая работа расширения
. Поскольку при изобарическом нагревании часть тепла помимо увеличения внутренней энергии идет на работу расширения, то
.
Для идеального газа
,(3.4)
где R – газовая постоянная.
Очень интересно - Дипломная работа: Термодинамико-топологический анализ
На величину теплоемкости влияет природа вещества. Так, газы со сходным строением молекул имеют близкие значения теплоемкостей. С усложнением строения молекул теплоемкость, как правило, возрастает. Повышение температуры также обычно приводит к росту теплоемкости. Температурную зависимость теплоемкости нельзя получить на основе законов термодинамики, ее определяют опытным путем. Зависимость теплоемкости от температуры имеет достаточно сложный вид, для описания ее в относительно узком интервале температур в большинстве случаев используют степенные уравнения вида
(3.5)
или
. (3.6)
Значения коэффициентов этих уравнений для многих веществ можно найти в [6].
Вам будет интересно - Реферат: Термодинамические свойства 3,3,5-Триметилгептана, 1,7,7-Триметилбицикло-[2,2,1] гептана, 2-Метил-2-бутанола и изобутилбутаната
Влияние температуры на теплоемкость жидкости меньше, чем на теплоемкость газов. Теплоемкость твердых тел при низких температурах резко уменьшается и стремится к нулю при приближении температуры к абсолютному нулю.
Теплоемкость многоатомных газов, находящихся под небольшими давлениями, практически зависит только от температуры (у одноатомных, идеальных газов она постоянна). Теплоемкость реальных газов меняется и с температурой, и с давлением, причем с повышением температуры эффект воздействия давления уменьшается. Влияние давления велико вблизи кривой насыщения, в сверхкритической и особенно в критической области, так как в критической точке значение Cv проходит через максимум, а Cp стремится к бесконечности. Влиянием давления на теплоемкость твердых тел можно пренебречь. Теплоемкость жидкостей с давлением меняется незначительно; только вблизи кривой насыщения и более всего в критической области влияние давления становится существенным.
Экспериментальное определение теплоемкости обычно проводят при постоянном давлении, и потому в справочной литературе чаще приводятся значения Cр . В практике химических расчетов также чаще используются теплоемкости при постоянном давлении, поэтому в “Пособии” нами рассмотрены методы их прогнозирования. Ниже приведены методы прогнозирования теплоемкости при постоянном давлении, равном стандартному (1 физическая атмосфера) -
.
При оценочных расчетах можно считать, что для большинства жидкостей их удельная теплоемкость лежит в пределах от 1,7 Дж/(г×К) до 2,5 Дж/(г×К). Исключение составляют H2 O и NH3 , для которых удельная теплоемкость равна примерно 4 Дж/(г×К), а также многие галогенпроизводные органических соединений, для которых удельная теплоемкость составляет 0,6–1,5 Дж/(г×К). Теплоемкость насыщенного пара при сравнительно небольших давлениях можно принять равной 2/3 от теплоемкости жидкости. Теплоемкость веществ, находящихся в твердом состоянии (при температурах не очень низких), можно считать примерно в 2 раза большей теплоемкости того же вещества в газообразном состоянии.
3.1. Расчет теплоемкости органических веществ
методом Бенсона [5-7, 17-18]
В табл. 1.2 приведены значения групповых вкладов для расчета теплоемкостей веществ, находящихся в состоянии идеального газа, при температурах, кратных 100 К. Расчет
при указанных температурах выполняется аналогично прогнозированию энтальпии образования и энтропии соединений путем суммирования парциальных вкладов схемы Бенсона и введением соответствующих поправок. В отличие от энтропии при расчете теплоемкости веществ используются только те поправки, которые приведены в табл. 1.2. При расчете теплоемкости следует иметь в виду, что таблица Бенсона составлена таким образом, что для каждого из парциальных вкладов в соседних столбцах корректной является линейная интерполяция. Последний прием используется при вычислении теплоемкостей веществ, находящихся при температурах, которые не кратны 100 К.
Похожий материал - Курсовая работа: Термодинамические характеристики (H,S,G) и возможность самопроизвольного протекания процесса
Расчет теплоемкости методом Бенсона иллюстрируется примером 3.1.
Пример 3.1
Методом Бенсона рассчитать теплоемкость изобутилбензола в идеально-газовом состоянии (
) при 300, 400, 500, 600, 800 и 1000 К. Представить графически и аналитически температурную зависимость
.
Рассчитать теплоемкость
изобутилбензола при 325,0, 487,5 и 780,0 К, используя возможности метода Бенсона и результаты аппроксимации
от температуры. Сопоставить полученные результаты.