§ 207. Теплоемкость тела. Количество теплоты, которое нужно сообщить какому-либо телу, чтобы повысить его температуру на 1 К, называется теплоемкостью этого тела. При остывании на 1 К тело отдает такое же количество теплоты. Для нагревания тела не на 1 К, а, например, на 10 К нужно сообщить телу в 10 раз большее количество теплоты; при остывании его на 10 К тело отдает это же количество теплоты. На основании сказанного в предыдущем параграфе теплоемкость тела пропорциональна массе тела и зависит от вещества, из которого оно состоит. Согласно определению теплоемкость должна выражаться в джоулях на кельвин (Дж/К).
Нагревая тело путем теплопередачи, мы увеличиваем его внутреннюю энергию. Кроме того, вследствие расшире-
398
ния при нагревании совершается работа против сил, препятствующих расширению. Силы эти — силы внешнего давления и силы молекулярного притяжения, весьма значительны для твердых тел и жидкостей и ничтожны для газов. На совершение работы при расширении требуется дополнительная энергия, т. е. необходима дополнительная передача теплоты.
В случае твердых тел расширение всегда ничтожно мало (табл. 3); следовательно, эта дополнительная энергия очень мала и ею можно пренебречь. Для газов, заключенных в твердую оболочку, расширение отсутствует и дополнительная энергия равна нулю. В этих случаях можно сказать, что теплоемкость тела равна приращению его внутренней энергии при повышении температуры на 1 К. В случае жидкостей или газов, нагреваемых в таких условиях, что они могут свободно расширяться (например, в сосуде с подвижным поршнем), работой, совершаемой при расширении, пренебречь нельзя.
При этом в случае газов силами, препятствующими расширению, являются главным образом силы внешнего давления: хотя они невелики, но благодаря значительному расширению газов совершаемая работа заметна; в случае жидкостей расширение невелико (хотя обычно все же в сотни раз больше расширения твердых тел), но зато препятствующие расширению силы молекулярного притяжения, ничтожные для газов, весьма велики для жидкостей; поэтому работа при расширении оказывается значительной. Вопрос о теплоемкости газов, нагреваемых в условиях, когда объем их увеличивается, будет подробнее рассмотрен в § 245.
§ 208. Удельная теплоемкость. Простые наблюдения, указанные в § 206, и точные измерения, которые производились со специальными приборами, описанными в § 209, привели к выводу, что теплоемкость тела, состоящего из однородного материала, пропорциональна его массе. Поэтому сравнивать между собой надо теплоемкости тел, изготовленных из различных веществ, но имеющих одинаковую массу. Для характеристики тепловых свойств вещества принимают
теплоемкость единицы массы этого вещества. Эта характеристика называется удельной теплоемкостью. Она равна отношению теплоемкости данного тела к его массе и должна выражаться в джоулях на килограмм-кельвин (Дж/(кг•К)). Согласно определению удельная теплоемкость воды при нагревании от 19,5 до 20,5 °С равна 4,18 кДж/(кг•К). При других температурах удельная теплоемкость воды несколько отличается от этого значения. В дальнейшем мы будем этим пренебрегать и принимать удельную теплоемкость воды равной 4,18 кДж/(кг•К) при любой температуре. далее