Номер 2, страница 272 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 82. Фазовые переходы. Уравнение теплового баланса. Глава 13. Основы термодинамики - номер 2, страница 272.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Удельная теплоёмкость вещества ($c$) — это физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты ($Q$) необходимо сообщить единице массы ($m$) вещества, чтобы нагреть её на единицу температуры ($\Delta T$). Она является фундаментальной теплофизической характеристикой вещества и определяется формулой:

$c = \frac{Q}{m \Delta T}$

Из определения и физического смысла следует, что удельная теплоёмкость является внутренней характеристикой вещества и зависит от нескольких факторов. Важно отметить, что она не зависит от массы тела или от изменения его температуры (эти величины входят в формулу для расчёта количества теплоты, но не определяют свойство самого вещества).

Основные факторы, от которых зависит удельная теплоёмкость:

• Род вещества. Это главный определяющий фактор. Разные вещества состоят из разных атомов и молекул, которые имеют разную массу, структуру и силы взаимодействия между собой. Всё это влияет на способность вещества накапливать внутреннюю энергию при нагревании. Например, удельная теплоёмкость воды ($\approx 4200 \frac{Дж}{кг \cdot К}$) одна из самых высоких, в то время как у металлов, например, у свинца, она значительно ниже ($\approx 130 \frac{Дж}{кг \cdot К}$).
• Агрегатное состояние вещества. Для одного и того же вещества удельная теплоёмкость в твёрдом, жидком и газообразном состояниях, как правило, разная. Это связано с изменением характера движения и взаимодействия частиц при смене агрегатного состояния. Классический пример — вода:
  • Удельная теплоёмкость льда (твёрдое состояние) $\approx 2100 \frac{Дж}{кг \cdot К}$.
  • Удельная теплоёмкость жидкой воды $\approx 4200 \frac{Дж}{кг \cdot К}$.
  • Удельная теплоёмкость водяного пара (газообразное состояние) $\approx 2000 \frac{Дж}{кг \cdot К}$ (при постоянном давлении).
• Внешние условия (температура и давление).
  • Температура: Зависимость удельной теплоёмкости от температуры для большинства веществ есть, но в узких температурных интервалах она незначительна. Поэтому в школьных задачах и многих инженерных расчётах удельную теплоёмкость часто считают постоянной величиной.
  • Условия теплообмена (особенно для газов): Для твёрдых тел и жидкостей зависимость от давления очень слабая. Однако для газов она крайне важна. Различают удельную теплоёмкость при постоянном давлении ($c_p$) и при постоянном объёме ($c_V$), и они не равны друг другу ($c_p > c_V$), так как в первом случае часть энергии идёт на совершение работы газом при расширении.

Ответ: Удельная теплоёмкость вещества зависит в первую очередь от его рода (химического состава и внутреннего строения) и агрегатного состояния (твёрдое, жидкое, газообразное). В меньшей степени она может зависеть от температуры. Для газов удельная теплоёмкость также существенно зависит от условий, в которых происходит нагревание (при постоянном объёме или постоянном давлении).