Калорические коэффициенты
Внутренняя энергия системы, будучи функцией состояния, является функцией независимых переменных (параметров состояния) системы. В простейших системах U = f (V, T) (I, 7) откуда полный дифференциал U: dU = dV + dT (1,8) Подставив значение dU из уравнения (I, 8) в уравнение (I, 2), находим: δQ = dV + dT + δW (I, 9) Если в изучаемой системе имеет место только работа расширения и отсутствуют работы электрическая, силы тяготения, поверхностных сил и т. д., то d W = PdV. Тогда δQ = + P dV + dT (I, 9а) Обозначив коэффициенты при дифференциалах независимых переменных в уравнении (I, 9а) символами l и CV, получим: δQ = ldV + CVdT (1,10) Из уравнений (I, 9а) и (I, 10) следует: = l = + P (I,11) = CV = Величины и не представляют собой производных какой-либо функции. Первая из них является теплотой изотермического расширения тела. Эта величина, размерность которой совпадает с размерностью давления, складывается из внешнего давления и члена ; который отражает взаимное притяжение молекул. Этот член мал для реальных газов и очень велик (по сравнению с обычными значениями внешнего давления) для жидкостей и твердых тел. Величина CV, в соответствии с уравнением (I, 11), есть теплоемкость при постоянном объёме. Теплота, полглощаемая системой при постоянном объёме, затрачивается полностью на увеличение внутренней энергии (при условии отсутствия всех видов работы, в том числе работы расширения). Коэффициенты полного дифференциала внутренней энергии при переменных V и Т имеют простой физический смысл, как показано выше. Выбрав в качестве независимых переменных P и Т или V и P и считая внутреннюю энергию функцией этих пар переменных, можно аналогично изложенному получить: d Q = hdP + CPdT (I, 10а) d Q = c dV + l dp (I, 10б) где величины h, CP, c и l связаны с производными внутренней энергии более сложными соотношениями, чем представленные в уравнении (I, 11). Отметим, что Cp = есть теплоемкость при постоянном давлении, а h = – теплота изотермического возрастания давления. Последняя величина существенно отрицательна. Коэффициенты l, h, C V, CP, cи λ называются калорическими коэффициентами. Имея самостоятельный физический смысл (особенно CP, C Vи l), они являются также полезными вспомогательными величинами при термодинамических выводах и расчетах.
|