Почему удельная теплоемкость реального газа зависит от температуры, а идеального газа нет?

Удельная теплоемкость реального газа, в отличие от идеального газа, зависит от температуры. Как мы можем понять это физически? Спасибо.

Это зависит от того, как определить идеальный газ. Мы, инженеры, включаем температурную зависимость удельной теплоемкости в наше определение идеальных газов. Физики, с другой стороны, нет. Инженеры считают идеальные газы предельным поведением реальных газов при малом удельном объеме.
Физик с хорошим знанием термодинамики должен знать, что термодинамическое определение идеального газа не требует, чтобы удельная теплоемкость была постоянной. Таким образом, инженеры и физики соглашаются, если последние сделали свою домашнюю работу.
Основываясь на полученных до сих пор ответах, кажется, существуют разногласия по поводу того, идет ли речь о неидеальных газах (т. е. газах с взаимодействием между частицами) или о «вымораживании» колебательных и вращательных степеней свободы в газах неидеальных взаимодействующие молекулы.

Ответы (3)

Теплоемкость (удельная теплоемкость, умноженная на массу газа) определяется как изменение внутренней энергии газа из-за изменений температуры, что может происходить либо при постоянном давлении

С п "=" ∂ U ∂ Т ) п
или при постоянной громкости
С В "=" ∂ U ∂ Т ) В .
Обратите внимание, что оба С п и С В будет постоянной, если внутренняя энергия U является линейной функцией температуры. Это, конечно, относится к идеальному случаю, для которого
U я г е а л "=" 3 2 Н к Б Т ,
где Н — число частиц (здесь я предположил одноатомное, но линейная зависимость в Т верно также для двухатомных и многоатомных идеальных газов). Микроскопически эта форма внутренней энергии является результатом того факта, что вся энергия идеального газа является кинетической. Однако реальные газы также обладают внутренней энергией из-за потенциальной энергии взаимодействий между частицами. Итак, полная внутренняя энергия реального газа равна
U р е а л "=" U я г е а л + U п о т .
В учебниках потенциальную часть часто называют «избыточной» внутренней энергией. Способ его зависимости от температуры различен для каждого газа, поскольку он зависит от деталей их взаимодействия. Однако в общем случае она не будет линейно зависеть от Т . Тогда теплоемкость (или С В или С п ) также состоит из двух частей:
С "=" ∂ U ∂ Т "=" 3 2 Н к Б + ∂ U п о т ∂ Т
для монтаомного газа.

В некоторых случаях U п о т не является функцией T, а C идентична таковой для идеальных газов.
Клаузиус говорил, что температура есть результат поступательного движения частиц газа. Он провел это отличие от вращательного и колебательного движения, которое может вносить вклад в энергию, но не в температуру. Так что даже в идеальном газе не должно ли приведенное выше уравнение теплоемкости также включать член, объясняющий это? [как dU/d(вибрация)+ dU/d(вращение)]
@aquagremlin Да, верно. В газе из молекул можно было бы предпочесть думать о вращательных и/или колебательных степенях свободы как о части «идеальной» теплоемкости. В моей собственной работе мне не приходится много думать о молекулах, поэтому я склоняюсь к тому, чтобы группировать вращения и вибрации с помощью термина «потенциал».

Идеальный газ в реальном смысле не является физической реальностью. Мы относимся к нему как к одноатомному газу. В одноатомных газах действует только поступательная степень свободы, равная трем. При любых высоких температурах вращательные и колебательные степени свободы не действуют. Таким образом, его удельная теплоемкость не зависит от температуры. С другой стороны, реальные газы могут быть одноатомными, двухатомными или вообще многоатомными. В многоатомных газах колебательная степень свободы становится эффективной при более высокой температуре. Например, в случае двухатомных газов две колебательные степени свободы становятся эффективными при более высокой температуре, и их молярное sp-тепло становится 7/2 R из 5/2R.

Температурная зависимость теплоемкости была одной из исторических ошибок классической физики, предсказывающей постоянную теплоемкость (т.е. ∂ ∂ Т н 2 к Б Т ). Температурная зависимость твердых тел и газов не была объяснена до появления квантовой механики, в которой колебательные состояния квантуются.

Идеальный газ является классическим газом и будет иметь постоянную теплоемкость.

Почему удельная теплоемкость реального газа зависит от температуры, а идеального газа нет?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v