Теплоёмкостью системы называется количество тепла, которое необходимо сообщить системе, чтобы температура её увеличилась на 1o. Если под системой понимается 1 моль вещества, то теплоёмкость называется молярной и обозначается C. Если под системой понимается единица массы вещества, то теплоёмкость называется удельной и обозначается Суд. Здесь m – масса; M – молярная масса; Cm – теплоёмкость системы массы m.
Введение теплоёмкости и особенно молярной и удельной теплоёмкостей позволяет при сходных условиях сравнивать системы из разного вещества и разной структуры.
Теплоёмкость характеризует процесс. Можно указать разные процессы, приводящие к одному и тому же изменению температуры, но при каждом из них системе сообщается разное количество тепла. Таким образом, с помощью I закона термодинамики и уравнения состояния идеального газа удалось получить полезную формулу, выражающую соотношение между теплоёмкостями Cp и СV (оно называется соотношением Майера). Изотермический процесс с идеальным газом. Для этого процесса T = const, dT = 0. Изменение внутренней энергии (функции только температуры) равно нулю.
Значит, по I закону термодинамики. Сообщённая газу теплота идёт на совершение им работы. Это самый подходящий процесс для тепловой машины (если не замечать трудностей обеспечивания многократной повторяемости процесса). Ещё одним замечательным процессом является адиабатический процесс – процесс без теплообмена с окружающей средой. На практике адиабатическими можно считать такие процессы, когда за характерное время процесса система не успевает получить заметное количество тепла (по сравнению, например, с работой). Критерий отсутствия теплообмена должен учитывать и теплоизоляционные качества стенок и быстроту протекания процесса. Даже в случае, казалось бы, плохих теплоизоляционных характеристик стенок процесс является адиабатическим, если протекает достаточно быстро.
Примерами адиабатического процесса являются: быстрое расширение газа при кратковременном вытекании некоторой порции его через малое отверстие; быстрое сжатие горючей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания; периодические сжатия и расширения вещества в поле звуковой волны.
Быстрые адиабатические процессы могут считаться квазистатическими, если при сравнительно малых экстенсивных параметрах системы время релаксационных процессов в ней пренебрежимо мало по сравнению с характерным временем процесса.
Выясним, каковы соотношения между наблюдаемыми параметрами при квазистатическом адиабатическом процессе с идеальным газом. Уравнение Пуассона говорит о связи между изменениями каких-либо двух параметров, хотя при адиабатическом процессе меняются все три пара-метра V, p, T . На диаграмме V – p график адиабатического процесса (кратко, адиабаты) представляет собой гиперболу класса . Мерой чего является энтропия? Энтропия есть мера хаотичности теплового движения. Это можно увидеть из таких примеров.
Пример 1. Плавление кристаллического тела, когда системе сообщается тепло при некоторой постоянной температуре, и в соответствии с формулой энтропия увеличивается. Известно, что при плавлении движение атомов и молекул становится гораздо более неупорядоченным. Только с этим и можно связать изменение S.
Пример 2. Изотермическое расширение идеального газа от объёма V1 до объёма V2 > V1. Здесь в соответствии с формулой изменение энтропии положительно, а молекулам газа предоставляется больший объём, то есть "большая свобода", "больший оперативный простор". Степень неупорядоченности увеличивается и только с этим можно связать увеличение энтропии. Можно привести и другие подобные примеры.