文档介绍：量热技术和热物性测定
第四章比热与相变潜热
2017/11/11
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1756年,英国化学家布莱克(Black,1728年-1799年)为了把热和温度两个概念区分开来,引进了“热容”的概念,得出了量热学的基本公式△Q=mc△T。其中c称为比热,表示单位质量物质温度升高1K所吸收的热量。
他在研究冰和水的混合时发现,在冰的熔解中需要一些温度计觉察不出的热量,进而发现各种物质在发生物态变化时都存在这种效应,他由此引进了“潜热”的概念。
布莱克在他的化学原理讲义中写道:“大量的热或热物质进入熔冰以后,除了给它以流动性之外,并没有产生其它效应,也没有增加它的温度;这种热好像被熔冰吸收或潜伏在冰水之中。因此,用温度计去量也无法予以发现。”他指出使冰熔解的过程是潜热发生的过程,使水凝固的过程是潜热移出的过程。
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比热
比热就是使单位质量物体温度升高1度所必需的热量。
单位:J/
比热容是反映物质的吸热(或放热)本领大小的物理量。它是物质的一种属性。任何物质都有自己的比热容,即使是同种物质,由于所处的物态不同,比热容也不相同。
作为基本物理性质,是评价材料的重要物理量,也是对热过程和热系统进行热计算和热设计的重要参数之一。
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定压比热容及定容比热容
热量是过程量,因此比热容也与各过程特性有关,不同的热力过程,比热容也不相同。从热力学观点来看,单位质量的物质温升dT还不能确定其过程,例如,dQ值在定压条件下和定容条件下是不一样的。
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定压比热容:
定容比热容:
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定压比热容及定容比热容
物质定压比热与定容比热差值大小与该物质所处状态密切相关。对于气体,定压条件下升高温度时,由于膨胀而对外作功,需要吸收更多的热量,因此气体的定压比热总比定容比热大。
第四章比热与相变潜热
对于液体和固体,由于温度升高体积变化不大,所以在一般温度下他们的cp和cv接近相等,但高温下差别较大。
一般实验测量的都是cp值,工程计算中应用的也一般都是cp值。
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真比热
比热是温度的函数,不同温度时,同种物体的比热是不同的。某一温度所对应的比热叫真比热。
平均比热
工程上为避免积分计算热量的麻烦,常使用平均比热,即某温度区域内比热的平均值。一般以0度作为基准温度点。手册中查到的一般是0到t之间的平均比热值。
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比热理论
气体比热
气体比热组成:分子的平动比热、转动比热、振动比热。
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translation
rotation
vibration
在温度为T的平衡态下,物质(气体、液体和固体)分子的每一个自由度都具有相同的平均平动动能、平均转动动能和平均振动动能,且等于kT/2。这就是能量按自由度均分定理,简称能量均分定理
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比热理论
气体比热
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单原子分子气体
(3个自由度)
刚性双原子分子气体
(5个自由度)
非刚性双原子分子气体
(7个自由度)
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比热理论
固体比热
固体比热是基于:构成固体的各分子都在其平衡位置附近作微小的振动。
根据能量均分定理,一个含有N个原子的固体具有3N-6个自由度,由于N>>6,因此可认为是3N个自由度,故总能量的平均值为:
E0为固体原子处于平衡位置时的能量,是固体的结合能。
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比热理论
固体比热
杜隆-珀替定律:
1818年,杜隆,珀替试验发现:固体比热与原子量的乘积等于6卡。结果与能量均分理论式相符合。
试验测量虽为定压比热,但对于固体差别不大。
该定理在常温、高温下与实验结果符合较好,但在低温下,固体比热随温度的3次方下降,温度趋于绝对零度时,比热也趋于零。这是经典统计理论所不能解释的,在量子理论建立后,发现能量均分定律不适用,发展了新的公式才得以解释。
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