გაზის სითბური სიმძლავრე არის ენერგიის რაოდენობა, რომელსაც სხეული შთანთქავს ერთი გრადუსით გაცხელებისას. მოდით გავაანალიზოთ ამ ფიზიკური სიდიდის ძირითადი მახასიათებლები.
განმარტებები
გაზის სპეციფიკური სითბო არის კონკრეტული ნივთიერების მასის ერთეული. მისი საზომი ერთეულებია J/(kg·K). სითბოს რაოდენობა, რომელიც შეიწოვება ორგანიზმის მიერ აგრეგაციის მდგომარეობის შეცვლის პროცესში, დაკავშირებულია არა მხოლოდ საწყის და საბოლოო მდგომარეობასთან, არამედ გადასვლის მეთოდთან.
განყოფილება
აირების სითბური სიმძლავრე იყოფა მუდმივ მოცულობაზე (Cv), მუდმივ წნევაზე (Cр)..
წნევის შეუცვლელად გაცხელებისას გარკვეული სითბო იხარჯება გაზის გაფართოების სამუშაოს წარმოებისთვის, ენერგიის ნაწილი კი იხარჯება შიდა ენერგიის გასაზრდელად.
მუდმივი წნევის დროს აირების სითბური სიმძლავრე განისაზღვრება სითბოს რაოდენობით, რომელიც იხარჯება შიდა ენერგიის გაზრდაზე.
გაზის მდგომარეობა: მახასიათებლები, აღწერა
იდეალური აირის თბოტევადობა განისაზღვრება იმ ფაქტის გათვალისწინებით, რომ Сp-Сv=R. ამ უკანასკნელ რაოდენობას ეწოდება უნივერსალური გაზის მუდმივი. მისი მნიშვნელობა შეესაბამება 8,314 J/(mol K).
სითბური სიმძლავრის თეორიული გამოთვლების ჩატარებისას, მაგალითად, ტემპერატურასთან ურთიერთობის აღწერისას, საკმარისი არ არის მხოლოდ თერმოდინამიკური მეთოდების გამოყენება, მნიშვნელოვანია სტატიკური ფიზიკის ელემენტებით შეიარაღება.
აირების სითბური სიმძლავრე გულისხმობს ზოგიერთი მოლეკულის გადამყვანი მოძრაობის ენერგიის საშუალო მნიშვნელობის გამოთვლას. ასეთი მოძრაობა შეჯამებულია მოლეკულის ბრუნვითი და მთარგმნელობითი მოძრაობიდან, ასევე ატომების შიდა ვიბრაციებიდან.
სტატიკურ ფიზიკაში არის ინფორმაცია, რომ ბრუნვისა და გადამყვანი მოძრაობის თავისუფლების ყოველი ხარისხისთვის არის სიდიდე გაზისთვის, რომელიც უდრის უნივერსალური აირის მუდმივის ნახევარს.
საინტერესო ფაქტები
მონატომური აირის ნაწილაკს ვარაუდობენ, რომ აქვს თავისუფლების სამი ხარისხი, ასე რომ, აირის სპეციფიკურ სითბოს აქვს თავისუფლების სამი, ორი ბრუნვის და ერთი ვიბრაციული ხარისხი. მათი ერთგვაროვანი განაწილების კანონი მივყავართ მუდმივ მოცულობით სპეციფიკური სითბოს R.
-ის გათანაბრებას.
ექსპერიმენტების დროს დადგინდა, რომ დიატომიური აირის სითბური სიმძლავრე შეესაბამება R მნიშვნელობას. თეორიასა და პრაქტიკას შორის ასეთი შეუსაბამობა აიხსნება იმით, რომ იდეალური გაზის სითბური სიმძლავრე დაკავშირებულია კვანტთან. ეფექტები, შესაბამისად, გამოთვლების გაკეთებისას მნიშვნელოვანია კვანტურზე დაფუძნებული სტატისტიკის გამოყენებამექანიკა.
კვანტური მექანიკის საფუძვლებზე დაყრდნობით, ნაწილაკების ნებისმიერ სისტემას, რომელიც რხევა ან ბრუნავს, გაზის მოლეკულების ჩათვლით, აქვს ენერგიის მხოლოდ გარკვეული დისკრეტული მნიშვნელობები.
თუ სისტემაში თერმული მოძრაობის ენერგია არ არის საკმარისი გარკვეული სიხშირის რხევების აღგზნებისთვის, ასეთი მოძრაობები არ უწყობს ხელს სისტემის მთლიან სითბოს სიმძლავრეს.
შედეგად, თავისუფლების კონკრეტული ხარისხი "იყინება", შეუძლებელია მასზე თანაბარი დაყოფის კანონის გამოყენება.
აირების სითბური სიმძლავრე არის მდგომარეობის მნიშვნელოვანი მახასიათებელი, რომელზეც დამოკიდებულია მთელი თერმოდინამიკური სისტემის ფუნქციონირება.
ტემპერატურა, რომლის დროსაც თანასწორობის კანონი შეიძლება გამოყენებულ იქნას თავისუფლების ვიბრაციულ ან ბრუნვის ხარისხზე, ხასიათდება კვანტური თეორიით, აკავშირებს პლანკის მუდმივობას ბოლცმანის მუდმივთან.
დიატომური აირები
ასეთი გაზების ბრუნვის ენერგეტიკულ დონეებს შორის ხარვეზები რამდენიმე გრადუსია. გამონაკლისი არის წყალბადი, რომელშიც ტემპერატურის მნიშვნელობა განისაზღვრება ასეულობით გრადუსით.
სწორედ ამიტომაა, რომ მუდმივი წნევის დროს გაზის სითბოს სიმძლავრე ძნელია აღწერო ერთგვაროვანი განაწილების კანონით. კვანტურ სტატისტიკაში თბოტევადობის დადგენისას მხედველობაში მიიღება, რომ მისი ვიბრაციული ნაწილი ტემპერატურის კლების შემთხვევაში სწრაფად იკლებს და აღწევს ნულს.
ეს ფენომენი ხსნის იმ ფაქტს, რომ ოთახის ტემპერატურაზე პრაქტიკულად არ არსებობს სითბოს სიმძლავრის ვიბრაციული ნაწილი.დიატომიური გაზი, ის შეესაბამება R მუდმივობას.
არის სითბოს სიმძლავრე მუდმივი მოცულობით დაბალი ტემპერატურის მაჩვენებლების შემთხვევაში განისაზღვრება კვანტური სტატისტიკით. არსებობს ნერნსტის პრინციპი, რომელსაც თერმოდინამიკის მესამე კანონს უწოდებენ. მისი ფორმულირებიდან გამომდინარე, გაზის მოლური სითბური ტევადობა შემცირდება ტემპერატურის კლებასთან ერთად და მიისწრაფვის ნულამდე.
მყარი სხეულის თვისებები
თუ გაზების ნარევის თბოტევადობა შეიძლება აიხსნას კვანტური სტატისტიკის გამოყენებით, მაშინ აგრეგაციის მყარი მდგომარეობისთვის თერმული მოძრაობა ხასიათდება ნაწილაკების უმნიშვნელო რყევებით წონასწორობის პოზიციის მახლობლად.
თითოეულ ატომს აქვს თავისუფლების სამი ვიბრაციული ხარისხი, შესაბამისად, თანაბარი განაწილების კანონის შესაბამისად, მყარი სხეულის მოლური სითბოს მოცულობა შეიძლება გამოითვალოს როგორც 3nR, n არის ატომების რაოდენობა მოლეკულაში.
პრაქტიკაში, ეს რიცხვი არის ზღვარი, რომლისკენაც მიისწრაფვის მყარი სხეულის სითბოსუნარიანობა მაღალ ტემპერატურაზე.
მაქსიმუმის მიღება შესაძლებელია ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე ზოგიერთი ელემენტისთვის, მათ შორის ლითონებისთვის. n=1-ისთვის დულონგისა და პეტიტის კანონი შესრულებულია, მაგრამ რთული ნივთიერებებისთვის ასეთი ლიმიტის მიღწევა საკმაოდ რთულია. იმის გამო, რომ ლიმიტი რეალურად შეუძლებელია, ხდება მყარი ნივთიერების დაშლა ან დნობა.
კვანტური თეორიის ისტორია
კვანტური თეორიის ფუძემდებლები არიან აინშტაინი და დები მეოცე საუკუნის დასაწყისში. იგი ემყარება ატომების რხევითი მოძრაობის კვანტიზაციას გარკვეულშიბროლის. დაბალი ტემპერატურის მაჩვენებლების შემთხვევაში, მყარი სხეულის თბოტევადობა გამოდის პირდაპირპროპორციული კუბურში აღებული აბსოლუტური მნიშვნელობისა. ამ ურთიერთობას დების კანონი ეწოდა. როგორც კრიტერიუმი, რომელიც შესაძლებელს ხდის განასხვავოს დაბალი და მაღალი ტემპერატურის მაჩვენებლები, აღებულია მათი შედარება Debye ტემპერატურასთან.
ეს მნიშვნელობა განისაზღვრება სხეულში ატომის ვიბრაციების სპექტრით, ამიტომ იგი სერიოზულად არის დამოკიდებული მისი კრისტალური სტრუქტურის მახასიათებლებზე.
QD არის მნიშვნელობა, რომელსაც აქვს რამდენიმე ასეული K, მაგრამ, მაგალითად, ის გაცილებით მაღალია ალმასში.
გამტარ ელექტრონებს მნიშვნელოვანი წვლილი შეაქვს ლითონების თბოუნარიანობაში. მის გამოსათვლელად გამოიყენება ფერმის კვანტური სტატისტიკა. ლითონის ატომების ელექტრონული გამტარობა პირდაპირპროპორციულია აბსოლუტური ტემპერატურისა. ვინაიდან ეს უმნიშვნელო მნიშვნელობაა, ის მხედველობაში მიიღება მხოლოდ აბსოლუტურ ნულამდე მიდრეკილ ტემპერატურაზე.
სითბური სიმძლავრის განსაზღვრის მეთოდები
მთავარი ექსპერიმენტული მეთოდი არის კალორიმეტრია. სითბური სიმძლავრის თეორიული გაანგარიშების ჩასატარებლად გამოიყენება სტატისტიკური თერმოდინამიკა. იგი მოქმედებს იდეალურ გაზზე, ისევე როგორც კრისტალურ სხეულებზე, კეთდება მატერიის აგებულების ექსპერიმენტული მონაცემების საფუძველზე.
იდეალური აირის სითბოს სიმძლავრის გამოთვლის ემპირიული მეთოდები ეფუძნება ქიმიური სტრუქტურის იდეას, ატომების ცალკეული ჯგუფების წვლილს Ср..
სითხეებისთვის ასევე გამოიყენება მეთოდები, რომლებიც დაფუძნებულია თერმოდინამიკის გამოყენებაზეციკლები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის იდეალური გაზის სითხეში გადასვლას აორთქლების პროცესის ენთალპიის ტემპერატურის წარმოებულის მეშვეობით.
ხსნარის შემთხვევაში, სითბოს სიმძლავრის გამოთვლა, როგორც დანამატის ფუნქცია, დაუშვებელია, ვინაიდან ხსნარის თბოტევადობის ჭარბი მნიშვნელობა ძირითადად მნიშვნელოვანია.
მის შესაფასებლად ჩვენ გვჭირდება ამონახსნების მოლეკულურ-სტატისტიკური თეორია. ყველაზე რთულია ჰეტეროგენული სისტემების სითბოს სიმძლავრის იდენტიფიცირება თერმოდინამიკურ ანალიზში.
დასკვნა
თბოტევადობის შესწავლა საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ პროცესების ენერგეტიკული ბალანსი, რომელიც ხდება ქიმიურ რეაქტორებში, ისევე როგორც სხვა ქიმიური წარმოების აპარატებში. გარდა ამისა, ეს მნიშვნელობა აუცილებელია გამაგრილებლების ოპტიმალური ტიპების შერჩევისთვის.
დღესდღეობით, ნივთიერებების სითბოს სიმძლავრის ექსპერიმენტული განსაზღვრა სხვადასხვა ტემპერატურული ინტერვალებისთვის - დაბალი მნიშვნელობებიდან მაღალ მნიშვნელობებამდე - არის ნივთიერების თერმოდინამიკური მახასიათებლების განსაზღვრის მთავარი ვარიანტი. ნივთიერების ენტროპიისა და ენთალპიის გაანგარიშებისას გამოიყენება სითბოს სიმძლავრის ინტეგრალები. ინფორმაცია ქიმიური რეაგენტების სითბოს სიმძლავრის შესახებ გარკვეული ტემპერატურის დიაპაზონში საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ პროცესის თერმული ეფექტი. ინფორმაცია ხსნარების სითბოს სიმძლავრის შესახებ შესაძლებელს ხდის მათი თერმოდინამიკური პარამეტრების გამოთვლას ნებისმიერ ტემპერატურულ მნიშვნელობებზე გაანალიზებული ინტერვალის ფარგლებში.
მაგალითად, სითხეს ახასიათებს სითბოს ნაწილის დახარჯვა პოტენციური ენერგიის მნიშვნელობის შესაცვლელად.რეაქტიული მოლეკულები. ამ მნიშვნელობას ეწოდება "კონფიგურაციის" სითბოს სიმძლავრე, რომელიც გამოიყენება გადაწყვეტილებების აღსაწერად.
რთულია სრულფასოვანი მათემატიკური გამოთვლების ჩატარება ნივთიერების თერმოდინამიკური მახასიათებლების, მისი აგრეგაციის მდგომარეობის გათვალისწინების გარეშე. ამიტომ სითხეების, აირების, მყარი ნივთიერებებისთვის გამოიყენება ისეთი მახასიათებელი, როგორიცაა სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე, რაც შესაძლებელს ხდის ნივთიერების ენერგეტიკული პარამეტრების დახასიათებას.
