МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Параметры состояния идеального газа на изобаре связаны соотношением

(4.8.1)

Отсюда видно, что чем выше температура газа, тем больше его объем. При этом величина объема на изобаре при повышении температуры растет тем быстрее, чем меньше давление.

Для реальных газов, жидкостей и твердых тел при нагревании также увеличивается объем на изобаре, (за исключением аномальных областей состояний четырех веществ: лед, германий, висмут, сурьма). Для характеристики термического расширения вещества при его изобарном нагревании вводят в рассмотрение коэффициент объемного расширения

(4.8.2)

Как видно из формулы (4.8.2), коэффициент численно равен увеличению объема вещества, взятого в количестве , при его изобарном нагревании на 1К. В частности, используя уравнение нетрудно получить, что для идеального газа коэффициент равен:

(4.8.3)

т. е. приращение объема идеального газа при его изобарном нагревании уменьшается с ростом температуры.

Известно, что коэффициент для газов, значительно больше, чем для жидкостей и твердых тел.

Работа системы в изобарном процессе равна

(4.8.4)

Для идеального газа последнее выражение, очевидно, может быть переписано еще в одном виде:

(4.8.5)

Количество теплоты, получаемое системой при нагревании (или отдаваемое системой при охлаждении) в изобарном процессе может быть найдено из первого закона термодинамики:

(4.8.6)

где – энтальпия или тепловая функция. Энтальпия является функцией состояния, так как и – функции состояния. Измеряется энтальпия в джоулях.

Интегрируя выражение от состояния до состояния , получим

(4.8.7)

Таким образом, количество теплоты, получаемое системой при ее изобарном нагревании от состояния до состояния , равно разности энтальпий в этих состояниях.

Рассматривая энтальпию как функцию T и p, т. е. можем записать

(4.8.8)

Откуда следует, что

(4.8.9)

В определение теплоемкости вещества при постоянном давлении

(4.8.10)

вместо подставим его выражение из (4.8.6). В результате будем иметь

(4.8.11)

Отсюда видно, что теплоемкость C_p характеризует скорость роста энтальпии Н при повышении температуры Т.

Проинтегрируем (4.8.9) от состояния до состояния .

(4.8.12)

Учитывая выражения (2.7.7) и (2.7.11), последнее равенство можно переписать в виде

(4.8.13)

Если теплоемкость C_p не зависит от температуры, то количество теплоты в изобарном процессе

(4.8.14)

Заметим, что энтальпия для идеального газа

(4.8.15)

и, таким образом, не зависит от давления, так же как и внутренняя энергия