Термодинамикийн хувьд системийн анхны төлөвөөс эцсийн төлөв рүү шилжих шилжилтийг судлахдаа процессын дулааны эффектийг мэдэх нь чухал. Дулааны багтаамжийн тухай ойлголт нь энэ нөлөөтэй нягт холбоотой. Энэ нийтлэлд бид хийн изохорын дулаан багтаамж гэж юу гэсэн үг вэ гэсэн асуултыг авч үзэх болно.
Хамгийн тохиромжтой бензин
Бөөмс нь материаллаг цэг гэж тооцогддог, өөрөөр хэлбэл хэмжээсгүй боловч масстай, бүх дотоод энерги нь зөвхөн молекулуудын хөдөлгөөний кинетик энергиэс бүрддэг хий юм. ба атомууд.
Бөөмс нь шугаман хэмжээстэй хэвээр байгаа бөгөөд сул ван дер Ваалсын холбоо эсвэл өөр төрлийн химийн холбоог ашиглан харилцан үйлчилдэг тул аливаа бодит хий нь тайлбарласан загварыг хэзээ ч хангаж чадахгүй. Гэсэн хэдий ч бага даралт, өндөр температурт молекулуудын хоорондох зай их, кинетик энерги нь боломжит энергиэс хэдэн арван дахин их байдаг. Энэ бүхэн нь бодит хийн хамгийн тохиромжтой загварыг өндөр нарийвчлалтайгаар ашиглах боломжийг олгодог.
Хийн дотоод энерги
Аливаа системийн дотоод энерги нь потенциал ба кинетик энергийн нийлбэртэй тэнцүү физик шинж чанар юм. Идеал хийд боломжит энергийг үл тоомсорлож болох тул бид тэдгээрийн тэгш байдлыг бичиж болно:
U=Ek.
Энд Ek нь кинетик системийн энерги юм. Молекул кинетик онолыг ашиглан Клапейрон-Менделеевийн бүх нийтийн төлөвийн тэгшитгэлийг ашигласнаар U-ийн илэрхийлэлийг олж авахад хэцүү биш. Үүнийг доор бичсэн болно:
U=z/2nRT.
Энд T, R ба n нь үнэмлэхүй температур, хийн тогтмол ба бодисын хэмжээ юм. z-утга нь хийн молекулын эрх чөлөөний зэрэглэлийн тоог илэрхийлдэг бүхэл тоо юм.
Изобар ба изохорик дулаан багтаамж
Физикийн хувьд дулаан багтаамж гэдэг нь судалж буй системийг нэг келвинээр халаахын тулд түүнд өгөх шаардлагатай дулааны хэмжээг хэлнэ. Урвуу тодорхойлолт нь бас үнэн бөгөөд өөрөөр хэлбэл дулааны багтаамж нь нэг келвинээр хөргөх үед системээс ялгарах дулааны хэмжээ юм.
Системийн хамгийн хялбар арга бол изохорын дулаан багтаамжийг тодорхойлох явдал юм. Үүнийг тогтмол эзэлхүүнтэй дулааны багтаамж гэж ойлгодог. Ийм нөхцөлд систем нь ажил хийдэггүй тул бүх энерги нь дотоод эрчим хүчний нөөцийг нэмэгдүүлэхэд зарцуулагддаг. Изохорик дулаан багтаамжийг CV тэмдгээр тэмдэглээд:
гэж бичиж болно.
dU=CVdT.
Энэ нь дотоод энергийн өөрчлөлт юмсистем нь түүний температурын өөрчлөлттэй шууд пропорциональ байна. Хэрэв бид энэ илэрхийллийг өмнөх догол мөрөнд бичсэн тэгшитгэлтэй харьцуулж үзвэл, бид CV томъёог төгс хийд авна:
СV=z/2nR.
Энэ утга нь систем дэх бодисын хэмжээнээс хамаардаг тул практикт хэрэглэхэд тохиромжгүй. Тиймээс тодорхой изохорын дулаан багтаамжийн тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн бөгөөд өөрөөр хэлбэл 1 моль хий эсвэл 1 кг тутамд тооцдог утгыг нэвтрүүлсэн. Эхний утгыг CV, хоёр дахь утгыг CV тэмдгээр тэмдэглэе. м. Тэдний хувьд та дараах томъёог бичиж болно:
CV=z/2R;
CVm=z/2R/M.
Энд M нь молийн масс.
Изобарик нь системд тогтмол даралтыг хадгалах дулаан багтаамж юм. Ийм үйл явцын жишээ бол халаах үед поршений доор цилиндрт хий тэлэх явдал юм. Изохорих процессоос ялгаатай нь изобар процессын үед системд өгсөн дулааныг дотоод энергийг нэмэгдүүлэх, механик ажил гүйцэтгэхэд зарцуулдаг, өөрөөр хэлбэл:
H=dU + PdV.
Изобар процессын энтальпи нь изобарын дулаан багтаамж ба системийн температурын өөрчлөлтийн үржвэр юм, өөрөөр хэлбэл:
H=CPdT.
Хэрэв бид 1 моль хийн тогтмол даралтын үед тэлэлтийг авч үзвэл термодинамикийн 1-р хууль дараах байдлаар бичигдэнэ:
CPdT=CV dT + RdT.
Сүүлийн гишүүнийг тэгшитгэлээс олноКлапейрон-Менделеев. Энэ тэгшитгэлээс изобар ба изохорик дулааны багтаамжийн хамаарлыг дагана:
CP=CV + R.
Идеал хийн хувьд тогтмол даралт дахь хувийн молийн дулаан багтаамж нь R=8, 314 Ж/(мольК) харгалзах изохорик шинж чанараас үргэлж их байдаг.
Молекулын чөлөөт байдлын зэрэг ба дулааны багтаамж
Тодорхой молийн изохорын дулаан багтаамжийн томьёог дахин бичье:
CV=z/2R.
Сансар дахь атомууд бие даасан гурван чиглэлд л хөдөлж чаддаг тул нэг атомт хийн хувьд z=3 утга байна.
Хэрэв бид хоёр атомт молекулуудаас бүрдэх хийн тухай ярьж байгаа бол жишээ нь хүчилтөрөгч O2 эсвэл устөрөгч H2, дараа нь, хөрвүүлэх хөдөлгөөнөөс гадна эдгээр молекулууд харилцан перпендикуляр хоёр тэнхлэгийг тойрон эргэлдэж чадна, өөрөөр хэлбэл z нь 5-тай тэнцүү байна.
Илүү нарийн төвөгтэй молекулуудын хувьд z=6 ашиглана уу. CV
