【涨知识】比热容的微观分析


比热容代表的物质的吸放热能力,中学教材上指出,物质的比热容与物质的种类有关。可是,有些物质种类不同,但比热容又相同。

为什么,比热容的大小与物质种类有关呢?

从微观上看,各种物质都是由不同的原子或分子组成的,所以,从理论上看,比热容不同是因为不同原子。

但杜龙-珀蒂法则指出:许多元素的比热容(以质量为单位的热容量)乘以代表该元素的假定相对原子量的数字后,该常数接近恒定值。这些原子量在不久前由约翰•道尔顿(John Dalton)提出,并由雅各布•贝泽利厄斯(Jacob Jacobs)加以修改。

用现代术语对杜隆-珀蒂定律的等效表述是,不管物质的性质如何,固体元素的比热容 c等于3 R / M,其中R是气体常数,M是摩尔质量。因此,每许多元素的摩尔热容为3 R 。

杜隆-皮特定律的最初形式是:cM = K
其中ķ是一个常数,我们知道今天是3 R 。

通过上面的分析,我们可以推导出:单个原子吸收的Q1与温度的变化△t是一个定值。

杜隆(1785 2月12日- 1838年7月19):法国 物理学家和化学家。他在比热容,膨胀率和折光率方面的研究最为广泛气体。杜隆还于1811年发现了危险敏感的三氯化氮,在此过程中失去了三个手指和一只眼睛。他对蒸汽的弹性,热传导和气体的比热的研究倍受同代人的赞誉。

珀蒂(Petit,1791年10月2日至1820年6月21日):法国 物理学家,以其在1818年发表的有关空气和蒸汽发动机效率的工作而著称(《原理》。他与热力学创始人法国物理学家萨迪·卡诺(Sadi Carnot)的著名讨论,可能激发了卡诺对热机和热力学效率的反思。

杜隆-珀蒂定律的影响:

斯特藩从杜隆-珀蒂的测量中发现了斯特藩-波尔兹曼定律。

【编者评:从杜隆-珀蒂定律可以看出,物质的比热容的大小与原子的种类似乎没有什么影响,单个原子的吸收的能量与运动剧烈程度(温度)的比值是固定的,所以,所谓物质种类不同,比热容大小一般也不相同,本质却是物质的摩尔质量的大小不同,并不是真的物质种类不同。这个结论有意思。】

从上表可以看到,铜的比热容是铅的比热容的3倍。如果查阅一下相对原子质量表,发现铅是207.2,铜是63.5,铅的相对原子质量是铜的3.25倍。铁的比热容是铅的3.53倍,铅的相对原子质量是铁的3.7倍。

虽然比热容与相对原子(分子)质量成反比不一定非常准确,但至少让我们认识到这两者真的有联系。

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