
【化】 heat capacity at constant volume
等容熱容(Heat Capacity at Constant Volume)是熱力學中描述物質在恒定體積條件下溫度變化所需熱量的物理量,其定義為系統在體積不變時吸收的熱量($Q$)與溫度變化($Delta T$)的比值,數學表達式為: $$ C_V = left( frac{partial U}{partial T} right)_V $$ 其中$C_V$為等容熱容,$U$為系統内能,$T$為溫度,下标$V$表示體積恒定條件。
該概念在理想氣體模型中具有明确物理意義:單原子理想氣體的等容熱容為$C_V = frac{3}{2}nR$($n$為物質的量,$R$為氣體常數),而雙原子分子氣體則為$C_V = frac{5}{2}nR$。實驗測定中,等容熱容常用于封閉系統的能量變化分析,如彈式量熱計測量燃燒熱時需控制反應在剛性容器中進行。
根據中國《物理化學名詞》國家标準(GB/T 14666-2023),等容熱容的标準單位為焦耳每開爾文(J/K),其量綱分析顯示該參數僅與物質種類和狀态相關。實際工程應用中,等容熱容數據被收錄于《CRC化學物理手冊》及《Perry化學工程師手冊》等權威參考資料,為熱機設計、材料研發提供基礎數據支持。
等容熱容是熱力學中的重要概念,指在體積恒定條件下物質溫度變化時吸收或釋放的熱量。以下從定義、數學表達、與等壓熱容的關系等方面展開解釋:
基本定義
等容熱容(符號$C_V$)定義為:在等容過程中,1摩爾物質溫度升高1開爾文(或1攝氏度)所吸收的熱量。其單位為焦耳每開爾文(J/K),屬于廣延量,與物質的質量或物質的量相關。
數學表達式
根據熱力學第一定律,等容過程($Delta V=0$)的熱量變化全部轉化為内能變化,因此:
$$
C_V = left( frac{partial U}{partial T} right)_V
$$
其中$U$為系統的内能,$T$為溫度。
與等壓熱容的關系
等壓熱容($C_p$)與$C_V$的差異源于系統做功的不同。對于理想氣體,兩者關系為:
$$
C_p - C_V = nR
$$
($n$為物質的量,$R$為氣體常數)。這一關系可通過焓($H=U+pV$)的微分推導得出。
摩爾熱容與比熱容的區分
示例應用
如空氣(視為理想氣體)的摩爾等容熱容約為20.8 J/(mol·K),工程計算中常用于分析封閉系統的熱力學過程。
如需查看具體實驗數據或更完整的熱容表,可參考熱力學教材或權威數據庫。
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