თბოტევადობა

თბოტევადობა
სიმბოლოს აღნიშვნა	$C$
SI სისტემა	ჯ/K
სხვა სიდიდეებიდან წარმოება	$C={\frac {\delta Q}{\delta T}}$
განზომილება	${\displaystyle {{\mathsf {L}}^{2}}{\mathsf {M}}{{\mathsf {T}}^{-2}}{{\mathsf {\Theta }}^{-1}}}$
სურათები ვიკისაწყობში

თბოტევადობა, სითბოტევადობა (აღნიშვნა: $C$) — სკალარული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც განსაზღვრავს იმ სითბოს რაოდენობას, რომელსაც იღებს ან გასცემს მასალა (ნივთიერება) ტემპერატურის 1 K-ით ცვლილებისას ($C={\delta Q/\delta T}$).

სხეულის თბოტევადობის სიდიდე დამოკიდებულია სხეულის მასის გვარობაზე. გარდა ამისა სხეულის თბოტევადობა შეიძლება დამოკიდებული იყოს:

1. სხეულის მასაზე. დიდი მასის სხეული შეიცავს მოლეკულების დიდ რიცხვს. მათი საშუალო კინეტიკური ენერგიის გასაზრდელად მეტი სითბოს რაოდენობის გადაცემაა საჭირო, შესაბამისად თბოტევადობაც დიდია;
2. იმ ტემპერატურაზე, რომელიც სხეულს აქვს გათბობის დაწყებისას. მაღალ ტემპერატურაზე სხეულის თბოტევადობა იზრდება, დაბალ ტემპერატურაზე მცირდება, აბსოლუტურ ნულთან მიახლოებისას კი — ნულის ტოლი ხდება. ამ მოვლენას მხოლოდ კვანტური ფიზიკა ხსნის;
3. დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ ფართოვდება სხეული გათბობისას. სინამდვილეში სხეულზე გადაცემული სითბოს რაოდენობის ნაწილი იხარჯება სხეულის გაფართოებაზე შესრულებულ მუშაობაზეც. აირსა და სითხეში ეს მეტად მნიშვნელოვანია და უნდა გავითვალისწინოთ. მყარ სხეულში კი — უმნიშვნელოა და მას მხედველობაში არ ვიღებთ. თუ სითხეს ვათბობთ ტემპერატურათა მცირე შუალედებში, მაშინ გაფართოება უმნიშვნელოა და მასზე დახარჯულ ენერგიას უგულვებელვყოფთ და ჩავთვლით, რომ სითხეზე გადაცემული ენერგია მოხმარდა მხოლოდ სითხის შინაგანი ენერგიის ზრდას. იგივე ითქმის იმაზე, თუ აირი თბება უცვლელი მოცულობის ჭურჭელში, აქაც გადაცემული ენერგია ხმარდება მხოლოდ სითხის შინაგანი ენერგიის ზრდას.

თბოტევადობის სახეები

თბოტევადობის სახეებია: ატომური, იდეალური გაზის, იზობარული, იზოქორული, კუთრი, მოლეკულური, მოლური, მოცულობითი, ნამდვილი და სხვ.

კუთრი თბოტევადობა ($c$) — სითბოს რაოდენობა, რომელსაც ღებულობს ან გასცემს 1 კგ ნივთიერების ტემპერატურის 1 K-ით ცვლილებისას. მისი ერთეულია – ჯ/(კგ·K).

მოლური თბოტევადობა ($C\mu$) — ნივთიერების ერთი მოლის თბოტევადობა ($C\mu =\mu c=\mu C/m$, სადაც $m$ არის სხეულის მასა, $\mu$ კი — ნივთიერების მოლური მასა).

თბოტევადობა დამოკიდებულია სხეულის გათბობის ხერხზე. არჩევენ თბოტევადობას მუდმივი მოცულობის დროს ($C_{v}$) და თბოტევადობას მუდმივი წნევის დროს ($C_{p}$) იმისდა მიხედვით, გათბობის პროცესში მოცულობაა მუდმივი თუ წნევა. პირველ შემთხვევაში მთელი სითბო იხარჯება მხოლოდ შინაგანი ენერგიის გაზრდაზე, მეორე შემთხვევაში კი სითბოს ნაწილი იხარჯება სხეულის გათბობისას მუშაობის შესრულებაზე. ამის გამო ყოველთვის $C_{p}>C_{v}$. იდეალური აირისათვის მოლურ თბოტევადობათა სხვაობა $C\mu _{p}-C\mu _{v}=R$, სადაც $R$ აირის მუდმივაა. სითხეებისა დამყარი სხეულებისათვის $C_{p}$-სა და $C_{v}$-ს შორის სხვაობა შედარებით მცირეა.

თბოტევადობის თეორიულ გამოთვლებს სტატისტიკური ფიზიკის მეთოდებით ახორციელებენ.

მყარ სხეულთა თბოტევადობის კვანტური თეორია განავითარეს ა. აინშტაინმა (1907) და პ. დებაიმ (1912). იგი ემყარება კრისტალში ატომთა რხევითი მოძრაობის დაკვანტვას.

SI სისტემაში თბოტევადობის განზომილებაა ჯ/K, კუთრი თბოტევადობისა ჯ/(კგ·K), მოლური თბოტევადობისა ჯ/(მოლ·K).

ნივთიერების სხვადასხვა მდგომარეობის თბოტევადობა

თბოტევადობის ცნება განსაზღვრულია როგორც ნივთიერების სხვადასხვა აგრეგატული მდგომარეობისათვის (მყარი სხეული, სითხე, აირი) ისე ნაწილაკებისა და კვაზინაწილაკების ანსამბლისათვის (ლითონების ფიზიკაში, მაგალითად ამბობენ ელექტრონული აირის თბოტევადობის შესახებ). თუ საუბარია რაღაც არა სხეულზე, არამედ რაღაც ნივთიერებაზე, მაშინ განასხვავებენ კუთრ თბოტევადობას — ამ ნივთიერების ერთეული მასის თბოტევადობას და მოლურს - ერთი მოლის თბოტევადობას.

მაგალითისათვის, აირები მოლეკულურ-კინეტიკურ თეორიაში აჩვენებს, რომ იდეალური აირის მოლური თბოტევადობა $i$ თავისუფლების ხარისხით მუდმივი მოცულობის პირობებში ტოლია:

$c_{v}={\frac {i}{2}}R\!$

R = 8.31 ჯ/(მოლი К) — გზის უნივერსალური მუდმივა.

ხოლო მუდმივი წნევის დროს

$c_{p}=c_{v}+R={\frac {i+2}{2}}R\!$

ბევრი ნივთიერებების კუთრი თბოტევადობა მოყვანილია ცნობარებში ჩვეულებრივ პროცესისათვის მუდმივი წნევით. მაგალითად, თხევადი წყლისათვის კუთრი თბოტევადობა ნორმალურ პირობებში არის — 4200 ჯ/(კგ К). ყინულისათვის — 2100 ჯ/(კგ К)

თბოტევადობის თეორია

არსებობს მყარი სხეულის რამდენიმე თეორია:

• დიულონგ-პტის კანონი და ჯოულ-კოპის კანონი. ორივე კანონი გამოყვანილია კლასიკური წარმოდგენიდან და გარკვეული სიზუსტით მართებულია მხოლოდ ნორმალური ტემპერატურებისათვია (მიახლოებით 15 °C-დან 100 °C-მდე).
• აინშტაინის თბოტევადობის კვანტური თეორია. კვანტური კანონების პირველი გამოყენება თბოტევადობის აღწერისას.
• დებაის თბოტევადობის კვანტური თეორია. შეიცავს ყველაზე სრულ აღწერას და კარგად შეესატყვისება ცდებს.

არაურთიერთქმედი ნაწილაკების სისტემების თბოტევადობა (მაგალითად გაზები) განისაზღვრება ნაწილაკების თავისუფლების ხარისხის რიცხვით.

იხილეთ აგრეთვე

• იდეალური გაზის თბოტევადობა (იდეალური აირის თბოტევადობა)
• ეკვიპარციალური თეორემა

ლიტერატურა

• ხმელიძე თ., გურგენიძე დ., კლიმიაშვილი ლ., ხმელიძე კ., „სამშენებლო ენციკლოპედიური ლექსიკონი“, ტ. II, თბილისი: „ტექნიკური უნივერსიტეტი“, 2019. — გვ. 314, ISBN 978-9941-28-496-0.

• ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 4, თბ., 1979. — გვ. 620.