|
Теплоемкость термодинамической системы зависит от того, как изменяется состояние системы при нагревании.
Если газ нагревать при постоянном объёме, то все подводимое тепло идет на нагревание газа, т. е. изменение его внутренней энергии. Теплоемкость при этом обозначается CV.
СP - теплоемкость при постоянном давлении. Если нагревать газ при постоянном давлении Р в сосуде с поршнем, то поршень поднимется на некоторую высоту h, т. е. газ совершит работу (см. рис. 3.4.1).
Следовательно, проводимое тепло затрачивается и на нагревание, и на совершение работы. Отсюда ясно, что CP > CV.
Итак, проводимое тепло и теплоемкость зависят от того, каким путём осуществляется передача тепла. Значит, теплоемкость С, как и Q, и А, не является функцией состояния.
Величины CP и CV оказываются связанными простым соотношением, называемым уравнением Майера :
CP = CV + R. (3.4.5)
Используя это соотношение, Роберт Майер в 1842 г. вычислил механический эквивалент теплоты: 1 кал = 4,19 Дж.
Из уравнения (3.4.5) следует: физический смысл универсальной газовой постоянной состоит в том, что R численно равна работе, совершаемой одним молем газа при нагревании на один градус в изобарическом процессе.
3.4.3. Закон о равномерном распределении энергии по степеням свободы
Числом степеней свободы i называется число независимых переменных, определяющих положение тела в пространстве.
Положение одноатомной молекулы, как и материальной точки, задается тремя координатами, поэтому она имеет три степени свободы (рис. 3.4.2).
Многоатомная молекула может еще и вращаться. Например, у двухатомных молекул вращательное движение можно разложить на два независимых вращения, а любое вращение можно разложить на три вращательных движения вокруг взаимно перпендикулярных осей. Но для двухатомной молекулы вращение вокруг ее собственной оси не изменит ее положение в пространстве, а момент инерции относительно этой оси равен нулю (рис. 3.4.2).
|
