
【化】 heat capacity at constant volume
等容热容(Heat Capacity at Constant Volume)是热力学中描述物质在恒定体积条件下温度变化所需热量的物理量,其定义为系统在体积不变时吸收的热量($Q$)与温度变化($Delta T$)的比值,数学表达式为: $$ C_V = left( frac{partial U}{partial T} right)_V $$ 其中$C_V$为等容热容,$U$为系统内能,$T$为温度,下标$V$表示体积恒定条件。
该概念在理想气体模型中具有明确物理意义:单原子理想气体的等容热容为$C_V = frac{3}{2}nR$($n$为物质的量,$R$为气体常数),而双原子分子气体则为$C_V = frac{5}{2}nR$。实验测定中,等容热容常用于封闭系统的能量变化分析,如弹式量热计测量燃烧热时需控制反应在刚性容器中进行。
根据中国《物理化学名词》国家标准(GB/T 14666-2023),等容热容的标准单位为焦耳每开尔文(J/K),其量纲分析显示该参数仅与物质种类和状态相关。实际工程应用中,等容热容数据被收录于《CRC化学物理手册》及《Perry化学工程师手册》等权威参考资料,为热机设计、材料研发提供基础数据支持。
等容热容是热力学中的重要概念,指在体积恒定条件下物质温度变化时吸收或释放的热量。以下从定义、数学表达、与等压热容的关系等方面展开解释:
基本定义
等容热容(符号$C_V$)定义为:在等容过程中,1摩尔物质温度升高1开尔文(或1摄氏度)所吸收的热量。其单位为焦耳每开尔文(J/K),属于广延量,与物质的质量或物质的量相关。
数学表达式
根据热力学第一定律,等容过程($Delta V=0$)的热量变化全部转化为内能变化,因此:
$$
C_V = left( frac{partial U}{partial T} right)_V
$$
其中$U$为系统的内能,$T$为温度。
与等压热容的关系
等压热容($C_p$)与$C_V$的差异源于系统做功的不同。对于理想气体,两者关系为:
$$
C_p - C_V = nR
$$
($n$为物质的量,$R$为气体常数)。这一关系可通过焓($H=U+pV$)的微分推导得出。
摩尔热容与比热容的区分
示例应用
如空气(视为理想气体)的摩尔等容热容约为20.8 J/(mol·K),工程计算中常用于分析封闭系统的热力学过程。
如需查看具体实验数据或更完整的热容表,可参考热力学教材或权威数据库。
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