Buzz
Nhiệt dung là đại lượng vật lý đo lường tỷ lệ giữa nhiệt năng cung cấp cho một vật thể và sự biến đổi nhiệt độ của nó. Đơn vị đo nhiệt dung là jun trên kelvin (J/K).
Trong hệ thống đơn vị quốc tế (SI), nhiệt dung riêng là lượng nhiệt cần để làm tăng nhiệt độ của một kg chất lên 1 kelvin.
Nhiệt dung là một thuộc tính cơ bản của vật chất, tỷ lệ thuận với kích thước của chất. Để đánh giá hiện tượng này một cách chính xác hơn, người ta chia công suất nhiệt cho khối lượng hoặc thể tích, làm cho đại lượng này không phụ thuộc vào kích thước hay số lượng mẫu. Công suất nhiệt mol là công suất nhiệt trên một đơn vị lượng (đơn vị SI: mol) của chất nguyên chất, còn công suất nhiệt cụ thể, thường gọi là nhiệt dung riêng, là công suất nhiệt trên một đơn vị khối lượng của vật liệu. Một số tài liệu còn sử dụng thuật ngữ nhiệt cụ thể để chỉ tỷ lệ của công suất nhiệt cụ thể của chất này so với nhiệt dung riêng của chất khác ở nhiệt độ tham chiếu, theo kiểu trọng lượng riêng. Trong các công trình kỹ thuật, công suất nhiệt thể tích cũng được sử dụng.
Nhiệt độ thể hiện động năng ngẫu nhiên trung bình của các nguyên tử hoặc phân tử trong vật chất so với tâm khối lượng của hệ, trong khi nhiệt là quá trình truyền năng lượng qua biên giới hệ thống vào cơ thể, không phải do công việc hay sự truyền vật chất. Sự quay và rung động của các nguyên tử đóng vai trò quan trọng trong khả năng sinh nhiệt của khí, trong khi chỉ có rung động mới ảnh hưởng đến khả năng nhiệt của chất rắn, như quy định bởi định luật Dulong. Những yếu tố khác như nam châm và điện từ cũng có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ trong chất rắn, nhưng ảnh hưởng của chúng thường không đáng kể.
Theo cơ học lượng tử, tại bất kỳ nhiệt độ nào, một số mức độ tự do có thể không sẵn có hoặc chỉ sẵn có một phần để lưu trữ năng lượng nhiệt. Trong những tình huống như vậy, công suất nhiệt rất nhỏ. Khi nhiệt độ tiến gần đến độ không tuyệt đối, công suất nhiệt của hệ thống sẽ gần như bằng 0 do mất đi mức độ tự do. Lý thuyết lượng tử giúp dự đoán chính xác khả năng nhiệt của các hệ thống đơn giản.
Công thức tính
C=(độ thay đổi nhiệt lượng)/(dT)
Trong công thức nhiệt lượng, nếu nhiệt độ của một vật chỉ thay đổi một đơn vị, công thức sẽ cho biết nhiệt lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của vật đó lên một đơn vị. Nhiệt lượng này được gọi là nhiệt dung của vật.
Nhiệt dung riêng
Nhiệt dung riêng của một chất là một đại lượng vật lý cho biết lượng nhiệt cần cung cấp cho một đơn vị khối lượng của chất đó để làm tăng nhiệt độ lên 1°C. Trong hệ thống đo lường quốc tế, đơn vị của nhiệt dung riêng là Joule trên kilôgam trên Kelvin, ký hiệu là J/(kg•K) hoặc Joule trên mol trên Kelvin.
Các công thức tính toán:
Công thức 1: Gọi C là nhiệt dung riêng. Khi một vật có khối lượng M ở nhiệt độ T1 cần cung cấp nhiệt lượng Q để làm tăng nhiệt độ của vật lên T2, giá trị của C được tính như sau:
- Công thức 2: Giả sử vật rắn có khối lượng M, nhiệt độ T và nhiệt dung riêng C.
Đặt vật rắn vào nhiệt lượng kế (có kèm que khuấy) chứa nước ở nhiệt độ T1.
Định nghĩa: m1 là khối lượng của nhiệt lượng kế và que khuấy.
C1 là nhiệt dung riêng của chất cấu thành nhiệt lượng kế.
m2 là khối lượng nước trong nhiệt lượng kế.
C2 là nhiệt dung riêng của nước.
Nếu T > T1, vật rắn sẽ giải phóng một lượng nhiệt Q và nhiệt độ của nó giảm từ T xuống T2.
Q = M.C.(T – T2)
Nhiệt lượng kế, que khuấy và nước sẽ hấp thụ lượng nhiệt này, làm tăng nhiệt độ từ T1 lên T2.
Q = (m1.C1 + m2.C2)(T2 – T1)
Kết luận:
- Nếu thể tích của hệ là một mol, ta có nhiệt dung phân tử (ký hiệu tạm thời là Cmol).
+ Nhiệt dung mol đẳng tích (ký hiệu Cv) là nhiệt dung trong quá trình biến đổi khi thể tích không thay đổi, tính bằng δ.Qv chia cho n.dT.
+ Nhiệt dung mol đẳng áp (ký hiệu Cp) là nhiệt dung trong quá trình biến đổi khi áp suất không thay đổi, tính bằng δ.Qp chia cho n.dT.
Hai loại nhiệt dung trên nếu tính cho một đơn vị khối lượng sẽ cho nhiệt dung riêng đẳng tích và nhiệt dung riêng đẳng áp (thường trong các bài tập vật lý phổ thông, người ta sử dụng nhiệt dung riêng đẳng áp vì áp suất thường được giữ không đổi và bằng áp suất khí quyển; đơn giản gọi là nhiệt dung riêng). Nếu tính cho một mole thì có nhiệt dung phân tử (nhiệt dung mol) đẳng tích và đẳng áp, các giá trị này áp dụng cho khí lý tưởng.
