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结构生物化学/热容

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热量是体内能量的传递。温度变化越小,其热容就越大。热容的方程式如下:

物体的热容是指使某种物质温度升高1度所需的能量。单位为J/oC。热容是一种广延性质。这意味着由相同材料制成的较大物体比较小物体的热容更大。热容 = 供给的热量 / 温度升高 物体的热容取决于物体中物质的数量和类型。为了比较不同物质的热容,我们必须将热容与物质的数量联系起来。一种方法是参考一摩尔的物质。然后,热容将变成摩尔热容。一个更有用的方法是比较一克材料的热容。这称为比热容或简称比热。比热是指使一克物质的温度升高一度摄氏度(或一度开尔文)所需的热量。当我们将材料的热容除以其质量时,我们将得到比热。比热 = 热容 / 质量 = C / m

要找到使样品温度升高一定量的所需热量q,我们将物质的比热s乘以质量(以克为单位)m和温度变化t。q = s x m x t

此外,热容由内能相对于给定能级自由度的温度的导数给出。热容有很多类型:平动热容、转动热容、振动热容和电子热容。[物理化学]。在平动热容中,平动能级的间距极小。这使得高温近似有效。在转动热容中,在最低温度下,没有足够的热能来提供激发转动能级的填充。相反,随着热容增加,直到达到高温极限。在振动热容中,高温极限不适用于振动自由度。最后的热容是电子热容。在这种热容中,由于能级自由度的配分函数等于基态简并度,因此自由度对恒容热容没有贡献。此外,平均能量也为零。

恒容热容

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它通常被称为摩尔或比热容。U是摩尔或比内能,T是温度。都是状态函数。

它也可以写成

在此过程中,体积应始终保持恒定。如果体积在过程中发生变化,即使初始值和最终值相同;它也不是恒容。但是,因为都是状态函数,该方程适用于初始值和最终值相同的任何过程。

恒压热容

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是摩尔和比热容。H是摩尔或比焓,T是温度。此过程是封闭系统过程。

它也可以写成

该方程适用于初始值和值相同的任何过程,这意味着压力在整个过程中不一定恒定,因为H、和T都是状态函数。

热容的重要性

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各种分子的热容,也称为比热容,由于多种原因极其重要。正是由于水分子独特的比热容,才使得地球上能够存在生命。例如,由于水具有独特的比热容,即1克水升高1摄氏度需要1卡路里的热量,因此像湖泊这样的大型水体可以在白天和夏季吸收并储存大量的太阳热量,而由于热量的分配、扩散和在整个水系统中的传播,其温度仅升高几度。再加上水的比热容很高,因此整体温度变化很小。在夜晚和冬季,逐渐冷却的水可以温暖空气。这就是沿海地区的气候比内陆地区温和的原因。水的比热容高也有助于稳定海洋温度,为海洋生物创造了适宜的环境。因此,由于水的比热容高,覆盖地球大部分的水体使陆地和水中的温度波动保持在允许生命存在的范围内。此外,由于生物体主要由水构成,因此它们比由比热容较低的液体构成的生物体更能抵抗自身温度的变化。

参考文献

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Engel,Thomas 和 Reid,Philip。物理化学。皮尔逊教育公司。2006年。第三版。

Smith,J. M. 和 Ness H. C. Van。化学工程热力学导论。纽约:麦格劳-希尔,1987年。印刷版。

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