水的比热容
admin
2023-07-30 20:03:06
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1、水的比热容

水的比热容是4.2×10³焦/千克·摄氏度。

2、水的汽化热

水的汽化热为40.8千焦/摩尔,相当于2260千焦/千克。

3、蒸气的比热容

一个大气压的饱和水蒸汽(约99.63℃)定压比热容是1.525KJ/Kg.K。

 

比热容是热力学中常用的一个物理量,表示物质提高温度所需热量的能力,而不是吸收或者散热能力。它指单位质量的某种物质升高(或下降)单位温度所吸收(或放出)的热量。其国际单位制中的单位是焦耳每千克开尔文[Jkg-1K-1],即令1KG的物质的温度上升1开尔文所需的热量。

水的比热容较大,在工农业生产和日常生活中有广泛的应用。这个应用主要考虑两个方面,第一是一定质量的水吸收(或放出)很多的热而自身的温度却变化不大,有利于调节气候;第二是一定质量的水升高(或降低)一定温度吸热(或放热)很多,有利于用水作冷却剂或取暖。

水比热容大的原因:

1水含有很强的氢键。与水同类的无机物大概有氟化氢和氨气。氟化氢的氢键比水强,但由于分子量比水略大和线性分子缔合的原因,比热容比水略低;液氨氢键比水弱。所以常见的无机物里水的比热容算是很高的。

2.水是3原子组成的分子,比一般物质具有更高的运动自由度。我们知道,像惰性气体那样球对称的单原子分子,有3个自由度(平动x,y,z);像氟化氢、氮气、氧气这样的双原子分子或者像CO2这样轴对称轴对称(糖葫芦)结构的3原子分子,有5个自由度(x,y,z 3个平动+2个转动);而不是轴对称结构的3原子分子的多了一个自由度,因此是6个自由度,水就有6个自由度。由于温度不高,就不讨论振动自由度了。
由于温度是分子平动动能大小的度量,我们说的温度相等就是平动动能相等,转动的动能不能算在温度里头。例如,6个自由度的水分子要吸收6份热量才转化其中的3份(平动动能x,y,z 3个自由度)变成温度,而5个自由度的氟化氢分子只需要5份的热量就能转化其中的3份变成温度,3个自由度的氩气吸收的3份热量全部转化成温度。

3 释放自由度的过程会吸热。上面第2点讨论的是自由粒子状态下的水分子。其实我们常见的液体状态的水都是聚成一团团的(超分子),相互之间都紧挨着,所以平均每个水分子的自由度远远达不到6个自由度,假设有2个自由度就不错了。

在水的加热过程中,水分子活动能力增强了,聚成团的水慢慢解离出来,越来越多的水分子获得更大的自由,可以到处跑了。原来平均每个水分子只能吸收的2份热量,而且都变成温度升高了;而解离出来的每一个水分子平均能吸收5份热量,而且最多只有3份才转变成温度,比热容就高啦!!我们举个相反的例子,比如食盐这种离子晶体,虽然离子键作用力很强,但是原子都被束缚住不能移动,只能在原来的位置振动,平均每个粒子的自由度很低,或许小于1吧,相当于吸收1份热量就全部转化成温度。自由度不能释放,所以比热容不高。
至于@徐余颛认为释放自由度的过程相当于相变,上面的表述确实太宽泛。我们在这里认为水的解离是大的水超分子解离成小的水超分子。4.水的分子量小。 既然是比热容,比就是单位质量的意思。所以除了讨论能量,还要讨论质量啦。氢气的比热容比水高,其实也是有道理的。氢气有5个自由度,只比水少1个,但是氢气的分子量是水的1/9,几乎相差一个量级。可以看出,分子量的影响也是巨大的。很多小分子量的物质比热容都很高。

说起比热容最高的常见物质,当然不是水啦。但是,要综合考虑质量和体积的因素,水是储热的非常好的选择!氢气液化和储存都太困难,想想随处可得的水,谁都不想搞得那么危险和麻烦嘛。至于气态的物质,虽然比热容高,但几公斤气体就要占据一个房间那么大体积,更是难以接受。所以,水是储热的非常好的选择。从火电站、核电站等大型电站到你在抱着的暖手宝,水都是储热的第一选择!

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