Capacidad calorífica

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Capacidad calorífica
$C={\frac {\delta Q}{\mathrm {d} T))$
Dimensión	L 2 MT− 2 Θ− 1
Unidades
SI	J/K
SGA	ergio/K
notas
Escalar

Capacidad calorífica - la cantidad de calor absorbido (liberado) por el cuerpo en el proceso de calentamiento (enfriamiento) por 1 kelvin . Más precisamente, la capacidad calorífica es una cantidad física , definida como la relación entre la cantidad de calor absorbido/liberado por un sistema termodinámico con un cambio infinitesimal en su temperatura , a la magnitud de este cambio [1] [2] [3] [ 4] [5] : $\ delta Q$ $T$ $\mathrm {d} T$

C={\delta Q \over \mathrm {d} T}.

Se denota una pequeña cantidad de calor (en lugar de ) para enfatizar que no es un diferencial del parámetro de estado (a diferencia, por ejemplo, de ), sino una función del proceso . Por tanto, la capacidad calorífica es una característica del proceso de transición entre dos estados de un sistema termodinámico [6] , que depende de la trayectoria del proceso (por ejemplo, de realizarlo a volumen constante o a presión constante ) [7 ] [8] , y sobre el método de calefacción/refrigeración ( cuasi -estático o no estático) [7] [9] . La ambigüedad en la definición de capacidad calorífica [10] se elimina en la práctica eligiendo y fijando el camino de un proceso cuasiestático (generalmente se estipula que el proceso ocurre a una presión constante igual a la presión atmosférica). Con una elección inequívoca del proceso, la capacidad calorífica se convierte en un parámetro de estado [11] [12] y una propiedad termofísica de la sustancia que forma el sistema termodinámico [13] . $\ delta Q$ $\mathrm {d} Q$ $\mathrm {d} T$

Capacidades caloríficas específicas, molares y volumétricas

Obviamente, cuanto mayor es la masa del cuerpo, más calor se requiere para calentarlo, y la capacidad calorífica del cuerpo es proporcional a la cantidad de sustancia que contiene. La cantidad de una sustancia se puede caracterizar por la masa o el número de moles. Por lo tanto, es conveniente utilizar los conceptos de capacidad calorífica específica (capacidad calorífica por unidad de masa de un cuerpo):

{\displaystyle c={C\sobre m))

y capacidad calorífica molar (capacidad calorífica de un mol de una sustancia):

C_{\mu }={C \over \nu },

dónde está la cantidad de materia en el cuerpo; - masa corporal; - masa molar. Las capacidades térmicas molares y específicas están relacionadas por la relación [14] [15] . ${\displaystyle \nu ={m \over \mu ))$ $metro$ $\mu$ $C_{\mu }=c\mu$

Capacidad calorífica volumétrica (capacidad calorífica por unidad de volumen de un cuerpo):

C'={C \sobre V}.

Capacidad calorífica para varios procesos y estados de la materia

El concepto de capacidad calorífica se define tanto para sustancias en varios estados de agregación ( sólidos , líquidos , gases ), como para conjuntos de partículas y cuasipartículas (en física de metales, por ejemplo, se habla de la capacidad calorífica de un gas de electrones ).

Capacidad calorífica de un gas ideal

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

Capacidad calorífica molar a volumen constante:

C_{V}={dU \over dT}={\frac {i}{2}}R,

donde ≈ 8.31 J/(mol·K) es la constante universal de los gases , es el número de grados de libertad de la molécula [14] [15] . $R$ $i$

La capacidad calorífica molar a presión constante está relacionada con la relación de Mayer : $CV$

C_{P}=C_{V}+R={{i+2} \sobre 2}R.

Capacidad calorífica de los cristales

Hay varias teorías de la capacidad calorífica de un cuerpo sólido:

La ley de Dulong-Petit y la ley de Joule-Kopp . Ambas leyes se derivan de conceptos clásicos y son válidas con cierta precisión solo para temperaturas normales (desde aproximadamente 15 °C hasta 100 °C).
La teoría cuántica de las capacidades caloríficas de Einstein . La primera aplicación de las leyes cuánticas a la descripción de la capacidad calorífica.
Teoría cuántica de las capacidades caloríficas de Debye . Contiene la descripción más completa y concuerda bien con el experimento.

Dependencia de la temperatura

Con un aumento de la temperatura, la capacidad calorífica aumenta en los cristales y prácticamente no cambia en líquidos y gases.

Durante una transición de fase, hay un salto en la capacidad calorífica. La capacidad calorífica cerca de la transición de fase tiende a infinito, ya que la temperatura de la transición de fase permanece constante a medida que cambia el calor.

Notas

↑ Capacidad calorífica. BDT, 2016 .
↑ Bulidorova G.V. y otros , Química física, libro. 1, 2016 , pág. 41.
↑ Artemov A. V. , Química Física, 2013 , p. catorce.
↑ Ippolitov E. G. et al. , Química Física, 2005 , p. veinte.
↑ Sivukhin D.V. , Termodinámica y física molecular, 2006 , p. sesenta y cinco.
↑ Sivukhin D.V. , Termodinámica y física molecular, 2006 , p. 66.
↑ 1 2 Lifshits E. M. , Capacidad calorífica, 1992 .
↑ Belov G.V. , Termodinámica, parte 1, 2017 , p. 94.
↑ E. M. Lifshits , Capacidad calorífica, 1976 .
↑ Bazarov I.P. , Termodinámica, 2010 , p. 39.
↑ Borshchevsky A. Ya., Química física, volumen 1, 2017 , p. 115.
↑ Kubo R. , Termodinámica, 1970 , p. 22
↑ N. M. Belyaev , Termodinámica, 1987 , p. 5.
↑ 1 2 Nikerov. V. A. Física: libro de texto y taller para estudiantes académicos de pregrado. - Yurayt, 2015. - S. 127-129. — 415 págs. - ISBN 978-5-9916-4820-2 .
↑ 1 2 Ilyin V. A. Física: libro de texto y taller para la licenciatura aplicada. - Yurayt, 2016. - S. 142-143. — 399 pág. - ISBN 978-5-9916-6343-4 .

Literatura

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